Основные положения геометрической оптики
Геометрическая оптика — это модель, в которой:
- свет распространяется прямолинейно, то есть луч света — прямая линия;
- световые лучи независимы и не влияют друг на друга;
- световые лучи обратимы;
- световые лучи отражаются согласно закону отражения.
Согласно закону отражения, угол падения луча $\alpha$ равен углу отражения луча $\beta$:
Световой луч — линия, вдоль которой переносится световая энергия.
Угол падения — угол между падающим лучом и нормалью к поверхности, восстановленной из точки падения луча.
Угол отражения — угол между отражённым лучом и нормалью к поверхности, восстановленной из точки отражения луча.
Закон отражения — угол падения равен углу отражения, и при этом они лежат вместе с нормалью к поверхности в одной плоскости.
Точечный источник света
Точечный источник света — модель источника света, в которой световые лучи исходят из одной маленькой точки в пространстве. Размер точечного источника света во много раз меньше расстояния от него до экрана. Рассмотрим пример:
В результате свечения на объект на экране за ним образуется тень.
Если заменить источник света на не точечный, то есть увеличить размер источника, то картина будет иметь следующий вид:
Практикум: решение задач
Задание 1
Угол падения луча света на плоское зеркало равен 45°. Чему равен угол отражения луча? Ответ дайте в градусах.
По закону отражения угол падения равен углу отражения. Следовательно, угол отражения равен 45°.
Ответ: 45°.
Задание 2
На плоское зеркало падает луч света. Угол между падающим лучом и зеркалом равен 30°. Чему равен угол между падающим и отражённым лучами? Ответ дайте в градусах.
Угол между падающим лучом и зеркалом равен 30°, значит угол между падающим лучом и перпендикуляром к зеркалу равен 90° − 30° = 60°.
Угол падения равен углу отражения, и угол между падающим и отражённым лучами равен 60° + 60° = 120°.
Ответ: 120°.
Задание 3
На горизонтальное плоское зеркало падает луч света, угол его отражения равен 30°. Зеркало поворачивают на 10° так, как показано на рисунке. Чему в этом случае станет равен угол падения луча? Ответ дайте в градусах.
При повороте зеркала на 10°, нормаль также поворачивается на 10°.
Угол падения луча станет равным 30° − 10° = 20°.
Ответ: 20°.
Задание 4
На плоское зеркало падает луч света. Во сколько раз угол падения луча меньше угла между падающим и отражённым лучами?
Угол падения равен углу отражения и равен $\alpha$.
Тогда угол между падающим и отражённым лучами будет равен $\alpha + \alpha = 2\alpha$.
Следовательно, $\frac{2\alpha}{2} = 2$.
Ответ: 2.
Задание 5
Чему равен угол падения луча, если угол между падающим лучом и плоским зеркалом равен углу между падающим и отражённым лучами? Ответ дайте в градусах.
По условию $\beta = 2\alpha$.
Из геометрических соображений $\beta + \alpha = 90^{\circ}$.
$\beta = 90^{\circ} − \alpha$
$90^{\circ} − \alpha = 2\alpha$
$90^{\circ} = 3\alpha$
$\alpha = 30^{\circ}$
Ответ: 30°.
Авторы:
Саня Эбонит, преподаватель «100балльного репетитора» по физике ЕГЭ;
Кир Синюткин, методист «100балльного репетитора» по физике ЕГЭ
