2.15. Закон отражения света. Плоское зеркало

Теоретическая справка

Отражение–явление, при котором происходит изменение направления световой волны при падении ее на границу раздела двух сред, в результате чего волна продолжает распространяться в первой среде.

Угол падения – это угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности. Угол отражения  – это угол между отраженным лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности.

Важно! В оптике все углы отсчитываются от перпендикуляра к отражающей поверхности или к границе раздела сред.

Законы отражения света

  1. Лучи падающий и отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным в точку падения луча к отражающей поверхности.
  2. Угол падения равен углу отражения.

Важно! Если луч падает перпендикулярно отражающей поверхности, то угол падения равен нулю, и угол отражения тоже равен нулю. Поэтому луч отражается в обратном направлении.

Виды отражения

При зеркальном отражении лучи, падающие на поверхность параллельным пучком, после отражения остаются параллельны. При рассеянном (диффузном) отражении лучи, падающие на поверхность параллельным пучком, после отражения отклоняются в различных направлениях.

Построение изображений в плоском зеркале

Изображения в плоском зеркале строятся на основании на законов отражения света. Чтобы построить изображение светящейся точки нужно:

  1. Провести из светящейся точки на поверхность два луча под произвольными углами. В точках падения лучей на границу раздела сред провести перпендикуляр.
  2. Отметить углы падения, построить равные им углы отражения.
  3. Пунктирной линией провести продолжения отраженных лучей.
  4. Отметить точку пересечения продолжений отраженных лучей — эта точка является изображением данной точки в плоском зеркале.

Если необходимо построить изображение отрезка или другой фигуры, то нужно аналогичным образом простроить изображения всех оставшихся точек

Важно! Получившееся изображение в плоском зеркале мнимое, прямое, по размерам равное предмету, находящееся за зеркалом на таком же расстоянии, на каком предмет находится перед зеркалом.

Изображение в зеркале будет действительным, если на поверхность плоского зеркала падает сходящийся пучок лучей.

Решение заданий Открытого банка заданий ФИПИ

1. Предмет придвинули к плоскому зеркалу. Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями после того, как расстояние между зеркалом и предметом уменьшили. Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:  

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

Размер изображения предмета Расстояние от зеркала до изображения
   

Нажмите, чтобы увидеть решение

Размер изображения в зеркале всегда равен размерам предмета и не зависит от расстояния между предметом и зеркалом. Расстояние от изображения до зеркала равно расстоянию от предмета до зеркала, при уменьшении этого расстояния, уменьшится и расстояние от изображения до зеркала.

Ответ: 32

[свернуть]

2. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, удалили от него так, что расстояние между предметом и его изображением увеличилось в 2 раза.  Во сколько раз увеличилось  расстояние между предметом и зеркалом?

1) в 0,5 раза
2) в 2 раза
3) в 4 раза
4) в 8 раз

Нажмите, чтобы увидеть решение

Расстояние от предмета до зеркала и от зеркала до изображения предмета равны. Пусть изначально предмет находился на расстоянии $l$ от зеркала, тогда расстояние между ним и его изображением равно $2l$. По условию задания это расстояние увеличилось в 2 раза и стало равно $2 \cdot 2l = 4l$, а значит, расстояние между предметом и зеркалом станет $4l:2 = 2l$.

Ответ: 2

[свернуть]

3. На границе воздух-стекло световой луч частично отражается, частично преломляется (см. рисунок).

Угол отражения равен примерно 

1) 85о
2) 60о
3) 30о
4) 20о

Нажмите, чтобы увидеть решение

Угол падения — угол между перпендикуляром проведенным в точку падения и падающим лучом. Согласно рисунку угол падения равен 60о.

Примечание. Падающий (выделен красным цветом на рисунке) и отраженный лучи должны лежать в одной среде, а преломленный луч должен распространяться по другую сторону от нормали относительно падающего луча.

Ответ: 2

[свернуть]

4. Высота Солнца над горизонтом (см. рисунок) равна 50°. Каков угол падения луча на плоское зеркало, расположенное под некоторым углом к горизонту в точке А, если луч отразился от зеркала вертикально вверх?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Сумма углов падения и отражения равна: 90°-50°=40°. Поскольку угол падения равен углу отражения, то угол падения луча на плоское зеркало будет равен половине от 40°, т.е. 20°.

Ответ: 20°

[свернуть]

5. Стёкла окон дома или его стены в лучах солнечного света кажутся более тёмными? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: стекла домов кажутся темными. 

Пояснение. Стекла окон хорошо пропускают солнечный свет с улицы и почти не отражают его, поэтому они кажутся темными.

[свернуть]

 

6. В какое время суток в безоблачную погоду отражение Солнца в спокойной озёрной воде более яркое: утром или в полдень? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: отражение Солнца более яркое утром.

Пояснение. Высота Солнца над горизонтом в полдень максимальная, поэтому лучи падают в воду почти отвесно, в большинстве своем проходя границу раздела воздуха и воды и лишь частично отражаясь от поверхности и попадая в глаза наблюдателю. В вечерние и утренние часы высота Солнца над горизонтом такая, что угол падения его лучей на воду намного больше, чем в полдень. Поэтому практически весь световой поток, отражаясь от поверхности воды, попадает в глаза наблюдателю.

[свернуть]

7. Каким  пятном (тёмным или светлым) ночью на неосвещенной дороге кажется пешеходу лужа в свете фар приближающегося автомобиля? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: лужа кажется светлым пятном на фоне более темной дороги.

Пояснение. И лужу, и дорогу освещают только фары встречного автомобиля. От гладкой поверхности воды свет отражается зеркально, то есть вперед, и попадает в глаза пешеходу. Поэтому лужа будет казаться ярким пятном. От шероховатой поверхности дороги свет рассеивается и в меньшей степени попадает в глаза пешеходу.

[свернуть]

8. В плоском зеркале вы видите мнимое изображение другого человека, смотрящего на вас. Видит ли он в зеркале изображение ваших глаз? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: видит.

Пояснение. Из закона отражения света следует, что падающий и отражённый лучи (пучки света) обратимы. Следовательно, человек, смотрящий на вас, в соответствии с законом отражения света обязательно видит изображение ваших глаз.

[свернуть]

9. Какое из изображений — А, Б, В или Г — соответствует предмету MN, находящемуся перед зеркалом?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Изображение в плоском зеркале располагается симметрично предмету относительно самого зеркала. Этому критерию удовлетворяет стрелка Б.

Ответ: Б

[свернуть]

10. Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и отраженным лучом равен 150°. Угол между отражённым лучом и зеркалом равен

1) 115°
2) 75°
3) 30°
4) 15°

Нажмите, чтобы увидеть решение

Поскольку угол падения равен углу отражения, то угол отражения будет равен половине от угла между падающим и отраженным лучами, т.е. $\beta =75^{\circ}$. Угол между отражённым лучом и зеркалом $\gamma$ равен

$\gamma = 90^{\circ} — \beta = 90^{\circ} — 75^{\circ} = 15^{\circ}$.

Ответ: 4

[свернуть]

11. Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и отражённым увеличили на 30°. Угол между зеркалом и отражённым лучом

1) увеличился на 30°
2) увеличился на 15°
3) уменьшился на 30°
4) уменьшился на 15°

Нажмите, чтобы увидеть решение

Угол между отражённым лучом и зеркалом $\gamma$ равен

$\gamma = 90^{\circ}-\frac{\alpha +\beta }{2}$.

Последняя формула показывает, что при увеличении угла $\alpha +\beta$ на 30°, угол $\gamma$ между зеркалом и отражённым лучом уменьшится на 15°.

Ответ: 2

[свернуть]

12. Расстояние между предметом и зеркалом равно 10 см. Каково расстояние между предметом и его изображением?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Расстояние между изображением и зеркалом будет также равно 10 см. Поэтому расстояние от предмета до его изображения будет равно 20 см.

Ответ: 20 см.

[свернуть]

13. Размеры изображения предмета в плоском зеркале

1) больше размеров предмета
2) равны размерам предмета
3) меньше размеров предмета
4) больше, равны или меньше размеров предмета в зависимости от расстояния между предметом и зеркалом

Нажмите, чтобы увидеть решение

Размеры изображения в плоском зеркале всегда равны размерам самого предмета.

Ответ: 2

[свернуть]

14. Луч прожектора хорошо виден в тумане, но хуже – в ясную погоду. Какое явление помогает видеть луч?

1) зеркальное отражение света
2) рассеяние света
3) дисперсия света
4) поглощение света

Нажмите, чтобы увидеть решение

Луч прожектора хорошо виден в тумане, т.к. частички воды отражают свет и направляют его в глаза наблюдателя.

Примечание. Строго говоря процесс описанный в задаче многогранный и связан с отклонением от прямолинейности распространения света в среде из-за ее неоднородности (наличие капелек воды в воздухе из-за чего происходит отражение и преломление световых лучей), этот процесс носит название рассеивание света. Но здесь возникает дилемма, процесс рассеивания не изучается в школьном крусе физики, вы не найдете про него ни одного упоминания ни в одном учебнике средней школы. Поэтому остается до конца не понятным что имели ввиду составители задания задания, чем должен руководствоваться ученик, тем что он знает, что свет может отражаться или догадаться что свет рассеивается.

Ответ: 1

[свернуть]

15. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, отодвинули от него на 4 см. Как изменилось расстояние между предметом и его изображением?

1) увеличилось на 4 см
2) уменьшилось на 4 см
3) увеличилось на 8 см
4) уменьшилось на 8 см

Нажмите, чтобы увидеть решение

Изображение в плоском зеркале расположено «за зеркалом» на таком же расстоянии, что и предмет перед зеркалом. Если предмет отодвинем на 4 см, то и изображение отодвинется на 4см. Значит расстояние между предметом и изображением увеличится на 8 см.

Ответ: 3

[свернуть]

16. После прохождения оптического прибора, закрытого на рисунке ширмой, ход лучей 1 и 2 изменился на 1″ и 2″. За ширмой находится 

1) собирающая линза
2) рассеивающая линза
3) плоское зеркало
4) сферическое зеркало

Нажмите, чтобы увидеть решение

Лучи не поменялись местами, а только изменили направление на 90°, поэтому за ширмой находится плоское зеркало.

Ответ: 3

[свернуть]

17. Предмету, находящемуся перед зеркалом, соответствует изображение

Нажмите, чтобы увидеть решение

Изображение в плоском зеркале располагается симметрично предмету относительно самого зеркала. Этому критерию удовлетворяет стрелка А.

Ответ: А

[свернуть]

18. Предмет ABCD отражается в плоском зеркале. Изображение A1B1C1D1 этого предмета в зеркале правильно показано на рисунке

Нажмите, чтобы увидеть решение

Изображение в плоском зеркале располагается симметрично предмету относительно самого зеркала. Этому критерию удовлетворяет рисунок 4.

Ответ: 4

[свернуть]

19. Точечный источник света S расположен вблизи системы, состоящей из двух плоских зеркал З1 и З2 так, как показано на рисунке. Сколько изображений источника даст эта система зеркал?

1) 0
2) 1
3) 2
4) 3

Нажмите, чтобы увидеть решение

Лучи от источника S могут попадать как на зеркало З1, так и на зеркало З2. Значит в каждом из зеркал получится по одному изображению источника света S. Поскольку зеркала расположены таким образом, что лучи, отразившиеся от одного зеркала, на другое не попадают, заключаем, что изображения, получающегося после двукратного отражения наблюдаться не может. Итого, в указанной системе зеркал получится два изображения источника света S.

Ответ: 3

[свернуть]

Скачать файл с заданиями открытого банка ФИПИ Закон отражения света. Плоское зеркало (1930 Загрузок )