"Введение в естественно-научные предметы", Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.
Зеркало меняет направление светового луча, и это можно проверить опытом. Для работы отмечают точку, куда попадает луч, проводят через неё нормаль и измеряют углы падения и отражения транспортиром. Углы отсчитывают от нормали, а не от поверхности зеркала. Измерения показывают главное правило: угол отражения равен углу падения. Это правило помогает предсказывать направление отражённого луча.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Световой луч — условная линия, показывающая направление распространения света. Сам луч обычно не виден как тонкая линия, но его путь можно отметить на листе или увидеть в узком пучке. Это обозначение помогает изображать, куда движется свет, не рисуя весь пучок.
Падающий луч — луч, который направлен на поверхность зеркала. Он подходит к зеркалу и встречается с ним в определённой точке. По нему можно понять, откуда приходит свет и под каким направлением он попадает на зеркало.
Отражённый луч — луч, который выходит от зеркала после встречи с ним. Его направление начинается в точке падения и показывает, куда свет пойдёт дальше. Это понятие нужно, чтобы сравнить путь света до и после встречи с зеркалом.
Нормаль — воображаемая прямая, проведённая перпендикулярно поверхности зеркала в точке падения луча. Перпендикуляр означает, что нормаль образует с зеркалом прямой угол, то есть 90°. От неё отсчитывают углы падения и отражения, поэтому она служит общей линией для их сравнения.
Направьте узкий луч света на зеркало и найдите место, где он встречается с его поверхностью. Эту точку называют точкой падения: именно там свет меняет направление. Чтобы результаты можно было проверить, отметьте точку на листе и проведите линии вдоль падающего и отражённого лучей. Не наклоняйте зеркало во время измерений, иначе положение лучей изменится.
Через точку падения проведите нормаль — линию, которая образует с поверхностью зеркала угол 90°. Она нужна потому, что поверхность сама по себе не даёт удобного общего направления для сравнения двух лучей. Нормаль становится такой опорной линией: от неё видно, насколько лучи отклоняются от прямого направления к зеркалу. Следите, чтобы нормаль проходила точно через точку падения и была перпендикулярна зеркалу.
Положите центр транспортира в точку падения и совместите его прямую отметку с нормалью. Угол падения измерьте между нормалью и падающим лучом, а угол отражения — между нормалью и отражённым лучом. Не отсчитывайте угол от поверхности зеркала: тогда получится другой угол, и измерения нельзя будет правильно сравнить. Сначала определите, с какой стороны нормали лежит каждый луч, чтобы выбрать нужную часть шкалы транспортира.
Сравните полученные измерения: для одного и того же опыта угол отражения должен быть равен углу падения. Например, если падающий луч образует с нормалью угол 40°, отражённый луч тоже образует с нормалью угол 40°, но с другой стороны. Так формулируют закон отражения света. Небольшая разница в измерениях возможна из-за неточной разметки или толщины луча, поэтому важно аккуратно проводить линии.
По результатам опыта запишите, как были направлены лучи и какие углы вы измерили, а затем сформулируйте вывод о равенстве углов. Если направление падающего луча изменить, изменится и направление отражённого: зеркало не отправляет свет всегда в одну и ту же сторону. Новый отражённый луч располагается так, чтобы сохранить равенство углов относительно нормали. Поэтому направление отражения можно предсказать, зная направление падающего луча.
| Опыт | Направление падающего луча | Угол падения | Угол отражения | Что наблюдаем |
|---|---|---|---|---|
| Луч падает на зеркало под небольшим углом к нормали | Близко к нормали | Небольшой | Равен углу падения | Отражённый луч близок к нормали с другой стороны |
| Луч падает на зеркало под большим углом к нормали | Сильнее отклонён от нормали | Большой | Равен углу падения | Отражённый луч также сильнее отклонён от нормали |
| Сравнение углов падения и отражения | Разные направления луча | Измеряют от нормали | Сравнивают с углом падения | Углы равны в каждом опыте |
Сравнивайте углы только после того, как убедитесь, что оба отсчитаны от нормали. В таблице можно записывать числовые значения, полученные транспортиром, и отмечать, совпали ли они. Повторите опыт с другим направлением падающего луча, чтобы проверить правило ещё раз.
Задача 1. На рисунке показаны зеркало, нормаль и падающий луч. Определите, в какую сторону пойдёт отражённый луч. Точного числового угла в условии нет, поэтому направление нужно найти по построению. Для этого сравним луч с нормалью, а не с краем зеркала.
Ответ: отражённый луч идёт симметрично падающему относительно нормали, под таким же углом к ней, но с другой стороны.
Задача 2. Угол между падающим лучом и нормалью равен 30°. Определите угол отражения. Здесь уже дан именно угол падения, поскольку он измерен между падающим лучом и нормалью. Поэтому не нужно переводить угол или измерять его от поверхности зеркала.
Ответ: угол отражения равен 30°; он отсчитывается от нормали.
Задача 3. Угол между падающим лучом и поверхностью зеркала равен 20°. Найдите угол отражения и объясните рассуждение. В условии угол отсчитан не от нормали, поэтому сразу использовать его как угол падения нельзя. Поверхность зеркала и нормаль образуют прямой угол.
Ответ: 70°. Сначала угол перевели к нормали, а затем применили закон отражения.
Ошибка — измерять угол падения от поверхности зеркала. Так делают, потому что зеркало заметнее нормали, но закон сравнивает углы именно с нормалью. Полученное значение обычно дополняет правильный угол до 90°. Проверьте себя: угол должен быть заключён между лучом и линией, перпендикулярной зеркалу.
Можно перепутать падающий и отражённый лучи, если не смотреть на направление распространения света. Падающий луч движется к зеркалу, а отражённый — от него. При проверке мысленно проследите путь света до точки встречи и после неё. Начало отражённого луча находится в точке падения.
Неверно считать, что отражённый луч всегда идёт перпендикулярно зеркалу. Такое направление было бы верным только для отдельного случая, когда падающий луч направлен вдоль нормали. Обычно положение отражённого луча зависит от положения падающего. Проверьте построение: углы обоих лучей с нормалью должны совпадать.
Если нормаль не проходит через точку падения или не образует прямой угол с зеркалом, измерения будут ошибочными. Причина часто в неточной разметке или в том, что линейку приложили не к той точке. Сначала отметьте место попадания луча, затем через него постройте перпендикуляр. Убедитесь, что между нормалью и зеркалом ровно 90°.
Для опыта нужно знать, что свет распространяется по прямой, а зеркало отражает свет. Это помогает проследить путь луча до встречи с поверхностью и после неё. Без такого представления было бы трудно отметить направления лучей и сравнить их.
Также понадобятся навыки работы с линейкой и транспортиром: нужно проводить прямые линии, строить перпендикуляр и измерять углы. Аккуратность здесь важна, потому что небольшое смещение отметок меняет результат. Перед измерением полезно проверить положение центра транспортира и его шкалы.
Закон отражения пригодится при изучении изображения в плоском зеркале и хода света в оптических приборах. Он помогает понять, куда направится свет после отражения от разных поверхностей. Значит, результаты лабораторной работы используют не только для описания одного опыта.
Почему угол измеряют от нормали, а не от поверхности зеркала?
Так принято описывать отражение, чтобы одинаково сравнивать направление падающего и отражённого лучей. Нормаль задаёт прямой угол к зеркалу, поэтому оба угла удобно измерять от одной линии.
Где нужно провести нормаль?
Нормаль проводят через точку, в которой луч попадает на зеркало. Она должна быть перпендикулярна поверхности зеркала.
Как отличить падающий луч от отражённого?
Падающий луч направлен к зеркалу и заканчивается в точке падения. Отражённый луч выходит из этой точки и направлен от зеркала.
Что показывает опыт с зеркалом?
Опыт показывает, как меняется направление света при встрече с зеркалом. Измерения подтверждают, что угол отражения равен углу падения.
Что изменится, если направить падающий луч под другим углом?
Изменится направление отражённого луча. Он повернётся так, чтобы его угол с нормалью снова был равен углу падения.
Лабораторная работа № 41 «Отражение света зеркалом» . .
