"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Лабораторная работа №12 помогает опытным путём проверить, как свет отражается от плоского зеркала. Нужно провести падающий и отражённый лучи, построить перпендикуляр к зеркалу в точке падения и измерить углы транспортиром. Главное правило опыта: угол отражения равен углу падения, причём оба угла отсчитывают от перпендикуляра, а не от поверхности зеркала. Повторные измерения позволяют убедиться в этом и оценить точность результата.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Падающий луч — направление распространения света, достигающего отражающей поверхности. Например, на листе его изображают линией, направленной к зеркалу. Это обозначение помогает понять, откуда свет приходит и какой участок его пути нужно зафиксировать до отражения.
Отражённый луч — направление распространения света после взаимодействия с поверхностью. На схеме он выходит из точки, в которой падающий луч встретился с зеркалом. Различая эти лучи, можно правильно записать ход света и сравнить направления до и после отражения.
Перпендикуляр к поверхности в точке падения — линия, проходящая через точку встречи луча с поверхностью под прямым углом к ней. Его также называют нормалью; он служит общей линией отсчёта для двух углов. Если перпендикуляр проведён не там или не под прямым углом, измерения нельзя правильно сопоставить.
Угол падения и угол отражения — углы между соответствующими лучами и перпендикуляром к поверхности. Первый образован падающим лучом и перпендикуляром, второй — отражённым лучом и тем же перпендикуляром. Это определение нужно, чтобы верно измерять углы и проверять закон отражения света.
Сначала закрепите плоское зеркало на листе так, чтобы оно не смещалось во время работы. Отметьте точку, в которой световой луч попадёт на зеркало, и через неё проведите перпендикуляр к поверхности. Такая подготовка задаёт точное место, к которому относятся измерения: если зеркало или точка сдвинутся, направления лучей и углы уже не будут соответствовать одной установке.
Направьте на зеркало узкий луч света и отметьте его путь до точки падения. После отражения отметьте направление луча, выходящего от зеркала; для надёжности можно поставить несколько точек вдоль каждого участка. Затем уберите установку или перенесите отметки на лист и соедините их с точкой падения. Линии показывают направления лучей, поэтому по ним можно измерять углы, даже если сам световой след виден неясно.
Положите центр транспортира в точку падения, а его нулевую линию совместите с перпендикуляром. Измерьте угол между перпендикуляром и падающим лучом, затем — между ним и отражённым лучом. Оба отсчёта ведут от одной и той же линии, потому что именно так определены углы падения и отражения; отсчёт от поверхности зеркала даст другие значения.
Повторите опыт, направляя луч на зеркало под разными углами: сначала с малым, затем со средним и большим углом падения. Для каждого случая занесите в таблицу номер опыта, оба измеренных угла и их сравнение. Несколько измерений нужны не для изменения правила, а чтобы проверить, сохраняется ли оно при разных направлениях падающего луча.
Сравните значения углов падения и отражения в каждой строке таблицы. Если они близки, опыт подтверждает закон отражения: угол отражения равен углу падения. Небольшое различие возможно из-за ширины луча, неточности отметок или считывания транспортира; поэтому следует оценивать точность работы, а не считать малое расхождение опровержением закона.
| Номер опыта | Угол падения, ° | Угол отражения, ° | Сравнение углов |
|---|---|---|---|
| Опыт с малым углом падения | |||
| Опыт со средним углом падения | |||
| Опыт с большим углом падения |
Заполняйте отдельную строку после каждого опыта: внесите измеренные значения и укажите, равны ли они или немного различаются. Пустые клетки оставлены для ваших результатов, поскольку значения зависят от проведённых измерений. По последнему столбцу удобно увидеть, подтверждается ли закон отражения для разных направлений луча.
Условие: проведите луч на зеркало, отметьте ход падающего и отражённого лучей и измерьте оба угла. Сначала нужно установить, где именно луч касается зеркала, потому что углы измеряются в этой точке. Далее найдите общий ориентир для обоих измерений — перпендикуляр к поверхности.
После измерения проверьте, что лучи расположены по разные стороны от перпендикуляра и что оба угла отсчитаны именно от него. Сравните полученные значения: согласно закону отражения они должны быть равны с учётом точности опыта. Ответ: направления лучей отмечены, а углы падения и отражения измерены от перпендикуляра в точке падения.
Условие: угол падения равен 35°. Нужно сравнить измеренный угол отражения с ожидаемым и сформулировать вывод. Здесь не требуется выводить новое правило из измерений: используем закон отражения, согласно которому оба угла равны.
Важно сравнивать углы, измеренные от перпендикуляра, иначе сопоставляются не те величины. Если измеренный угол, например, оказался немного больше или меньше 35°, проверьте построение и повторите измерение. Ответ: ожидаемый угол отражения — 35°; близкий результат подтверждает закон отражения в пределах точности опыта.
Условие: угол между падающим и отражённым лучами составляет 80°, причём лучи лежат по разные стороны от перпендикуляра. Нужно найти угол падения. Так как лучи расположены по обе стороны от перпендикуляра, общий угол состоит из двух углов: падения и отражения.
Проверка: угол отражения также равен 40°, а сумма 40° + 40° действительно составляет 80°. Если бы лучи находились по одну сторону от перпендикуляра, такое представление угла между ними не подходило бы, но в условии указано обратное. Ответ: угол падения равен 40°.
Измерение углов от поверхности зеркала вместо перпендикуляра приводит к значениям, которые не являются углами падения и отражения по определению. Так ошибаются, потому что поверхность кажется естественной линией отсчёта. Проверьте себя: нулевая линия транспортира должна совпадать с перпендикуляром в точке падения, а не с зеркалом.
Перпендикуляр, проведённый не через точку падения, задаёт неправильную линию отсчёта для лучей. Ошибка возникает, если точку падения отмечают приблизительно или переносят её при построении. Проверьте, что перпендикуляр проходит точно через место встречи луча с зеркалом и образует с поверхностью прямой угол.
Если перепутать падающий и отражённый лучи, направления света будут неверно отмечены на листе. Это случается, когда не следят, какой луч направлен к зеркалу, а какой уходит от него. Проверьте стрелки или ход луча: падающий заканчивается в точке падения, отражённый начинается там.
Небольшое несовпадение измеренных углов не означает, что закон отражения неверен. Его могут вызвать неточные отметки, толщина светового следа или погрешность транспортира. Повторите измерение и оцените, близки ли результаты; не делайте вывод об опровержении закона из-за малой разницы.
Для работы нужно знать, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно, и уметь изображать его путь лучами. Тогда направление падающего и отражённого света можно перенести на бумагу прямыми линиями. Без такого изображения сложно точно измерить углы.
Понадобятся практические навыки: пользоваться транспортиром и проводить перпендикуляр к прямой через заданную точку. Они помогают получить общую линию отсчёта и не спутать её с поверхностью зеркала. Точность построений влияет на то, насколько близкими окажутся измеренные углы.
Закон отражения пригодится при изучении плоских зеркал и изображений в них. Он также помогает прослеживать ход света в оптических приборах, где лучи отражаются от поверхностей. Поэтому результат лабораторной работы применяется не только в опыте с одним зеркалом.
Почему углы падения и отражения измеряют от перпендикуляра, а не от зеркала?
Так углы определены в законе отражения: их отсчитывают от линии, перпендикулярной поверхности в точке падения. Если измерять от зеркала, получится другой угол, и сравнивать результаты будет неправильно.
Как правильно провести перпендикуляр в точке падения луча?
Сначала отметьте точку, в которой луч встречается с зеркалом. Затем через неё проведите линию под прямым углом к поверхности зеркала; эту линию можно построить угольником.
Что делать, если отражённый луч плохо виден?
Затемните лишний свет и направьте на зеркало узкий луч, например от источника с узкой щелью. Не смотрите прямо в источник; при необходимости аккуратно отметьте на листе несколько точек видимого хода отражённого луча.
Почему измеренные углы могут немного отличаться?
На результат влияют неточность построения перпендикуляра, ширина луча и погрешность транспортира. Небольшое расхождение не опровергает закон отражения: важно, чтобы значения были близки.
Как по углу между падающим и отражённым лучами найти угол падения?
Если лучи находятся по разные стороны от перпендикуляра, угол между ними складывается из угла падения и угла отражения. По закону отражения эти углы равны, поэтому угол между лучами нужно разделить на два.
Лабораторная работа №12 Изучение явления отражения света
