"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Плоское зеркало отражает свет и создаёт видимое изображение предмета за своей поверхностью. Оно кажется расположенным там, откуда выходят отражённые лучи, хотя на самом деле за зеркалом лучей нет. Такое изображение называют мнимым: его нельзя получить на экране. Оно находится на том же расстоянии от зеркала, что и предмет, имеет такой же размер и остаётся прямым. Эти свойства помогают объяснить работу обычного зеркала и решать задачи на ход лучей, расстояния и углы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Плоское зеркало — гладкая ровная поверхность, отражающая свет. В отличие от искривлённого зеркала, оно не имеет выпуклости или вогнутости, поэтому не собирает и не рассеивает лучи особым образом. Это позволяет получать изображение с простыми и одинаковыми для всех точек свойствами.
Изображение предмета в плоском зеркале — его видимое положение, откуда наблюдателю как будто выходят отражённые лучи. Сам предмет находится перед зеркалом, а изображение кажется расположенным за ним. Такое понятие нужно, чтобы описывать не только реальный предмет, но и его видимый образ.
Мнимое изображение образовано не пересекающимися в действительности лучами, а их мысленными продолжениями. Поэтому его нельзя получить на экране, поставленном за зеркалом. Видимость изображения не означает, что в месте изображения действительно сходится свет.
Перпендикуляр к зеркалу — прямая, образующая с его поверхностью угол 90° в точке падения луча. Оптической осью здесь удобно считать линию, перпендикулярную зеркалу и проходящую через рассматриваемую точку предмета. Вдоль этой линии измеряют расстояния от предмета и его изображения до зеркала.
Свет от каждой точки предмета падает на зеркало и отражается по закону отражения. Угол отражения равен углу падения, причём оба угла отсчитывают от перпендикуляра к поверхности, а не от самого зеркала. Падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр в точке падения лежат в одной плоскости, поэтому ход каждого луча можно построить на плоском чертеже.
После отражения лучи от одной точки предмета обычно расходятся и не встречаются за зеркалом. Однако глаз продолжает каждый луч назад по прямой и воспринимает их как исходящие из общей точки. Продолжения отражённых лучей пересекаются в точке, симметричной исходной точке относительно плоскости зеркала, поэтому изображение кажется находящимся за зеркалом.
Равенство расстояний получается из геометрии отражения. Если взять точку предмета и её симметричную точку за зеркалом, то при одинаковых расстояниях до поверхности лучи, идущие к зеркалу, образуют с перпендикулярами такие же углы, как и отражённые лучи. Поэтому закон отражения выполняется именно для точки, расположенной за зеркалом на таком же расстоянии.
Изображение называют мнимым, потому что в его точке нет действительного пересечения лучей. Оно прямое: верх предмета остаётся напротив верха изображения, а низ — напротив низа. Размер изображения равен размеру предмета, поскольку каждой точке предмета соответствует симметричная точка на таком же расстоянии по другую сторону зеркала.
Для построения изображения протяжённого предмета достаточно построить образы его крайних точек. Из каждой точки проводят несколько лучей к зеркалу, отражают их по правилу равенства углов, а затем продолжают отражённые лучи за зеркало. После нахождения изображений крайних точек их соединяют отрезком, получая изображение всего предмета.
Таблица помогает быстро проверить решение задачи: найдите в левом столбце нужное свойство и сопоставьте его с результатом. Если построение или вычисление даёт другое свойство, нужно проверить закон отражения и положение точек относительно зеркала.
| Свойство | Что наблюдается или выполняется |
|---|---|
| Характер изображения | Мнимое, его нельзя получить на экране. |
| Положение относительно зеркала | Изображение кажется расположенным за зеркалом. |
| Расстояние до зеркала | Равно расстоянию от предмета до зеркала. |
| Размер | Равен размеру предмета. |
| Ориентация | Изображение прямое, не перевёрнутое вверх ногами. |
Человек стоит в 2 м от плоского зеркала. Нужно найти расстояние от человека до его изображения. Изображение находится за зеркалом на таком же расстоянии, как человек перед ним.
Ответ: расстояние от человека до изображения равно 4 м.
Предмет высотой 12 см расположен перед плоским зеркалом. Требуется определить высоту изображения и его ориентацию. Для этого используем не расстояние, а свойства размера и положения изображения.
Ответ: высота изображения 12 см; изображение прямое.
Луч падает на зеркало под углом 35° к перпендикуляру. Нужно найти угол отражения и угол между падающим и отражённым лучами. В условии уже указан именно угол падения, поэтому не нужно заменять его углом к поверхности.
Ответ: угол отражения 35°, угол между падающим и отражённым лучами 70°.
Иногда считают, что изображение находится прямо на поверхности зеркала. Так происходит, если путают место отражения света с видимым положением образа. Проверьте себя: изобразите продолжения отражённых лучей за зеркало — они должны пересечься на таком же расстоянии, как предмет находится перед ним.
Изображение называют действительным только потому, что его видно. Видимость не является признаком действительного изображения: в плоском зеркале лучи за поверхностью не сходятся. Если образ создают продолжения лучей и его нельзя получить на экране, он мнимый.
В задаче о человеке иногда записывают расстояние до изображения равным расстоянию до зеркала. При этом забывают, что человек и его образ находятся по разные стороны поверхности. Нужно сложить два равных отрезка: от человека до зеркала и от зеркала до изображения.
Ещё одна ошибка — измерять угол от поверхности зеркала. Закон отражения использует перпендикуляр к зеркалу, проведённый в точке падения. Перед вычислением отметьте этот перпендикуляр и убедитесь, что угол луча с ним равен указанному в условии.
Для понимания отражения нужны знания о прямолинейном распространении света и о световом луче. Перпендикуляр к поверхности помогает точно задавать направление и измерять углы.
Построение изображения опирается на закон отражения света. Умение проводить лучи и их продолжения позволяет объяснять наблюдаемое положение образа, а не просто запоминать его.
Эти приёмы пригодятся при изучении оптических приборов. С помощью построений можно разбирать работу зеркал и сравнивать их с другими способами получения изображений.
Почему изображение в зеркале кажется находящимся за его поверхностью?
Отражённые лучи расходятся, но глаз воспринимает их как лучи, идущие по прямым линиям. Если продолжить их мысленно за зеркало, продолжения пересекутся в точке, где и кажется расположенным изображение.
Можно ли получить изображение в плоском зеркале на экране?
Нет. В плоском зеркале лучи за поверхностью не сходятся, а только кажутся выходящими из одной точки. Поэтому изображение мнимое и на экране его получить нельзя.
На каком расстоянии за зеркалом находится изображение предмета?
На таком же расстоянии, на каком предмет находится перед зеркалом. Например, если предмет стоит в 2 м от зеркала, его изображение расположено в 2 м за зеркалом.
Почему изображение в плоском зеркале не перевёрнуто вверх ногами?
Каждая точка предмета отражается симметрично относительно плоскости зеркала. Верхняя точка остаётся напротив верхней, а нижняя — напротив нижней, поэтому изображение получается прямым.
Как правильно измерять угол падения и угол отражения?
Оба угла измеряют между лучом и перпендикуляром к поверхности зеркала в точке падения. От поверхности зеркала эти углы не отсчитывают.
2. Изображение в зеркале
