Плоское зеркало. Построение изображений в плоском зеркале. Построение изображения в зеркале

Видеоурок 2: Плоское зеркало - Физика в опытах и экспериментах

Лекция:

Плоское зеркало - это глянцевая поверхность. Если на такую поверхность падают параллельные пучки света, то и отражаются они параллельно друг другу. При рассмотрении данной темы мы сможем узнать, по каким причинам мы видим себя, когда смотрим в зеркало.

Итак, давайте для начала вспомним законы отражения, и способы их доказательства. Взгляните на рисунок.

Предположим, что S - некоторая точка, которая светится или отражает свет. Рассмотрим два произвольных луча, которые падают на некоторую глянцевую поверхность. Перенесем данную точку симметрично, относительно разделу сред. После того, как два данных луча отражаются от поверхности, они попадают к нам в глаз. Наш мозг устроен таким образом, что любое отражение он воспринимает в качестве изображения, которое находится за пределами границы разделения сред. Самое важное в данном объяснении является то, что это нам действительно кажется из-за собственного восприятия.

Изображение, которое мы видим в зеркале, называется мнимым , то есть не существует на самом деле.

Увидеть мы можем даже то изображение, которое не находится непосредственно над зеркалом, или же если их размеры не соизмеримы. Самое важное - лучи от данного предмета должны поступать к нам в глаз. Именно поэтому мы можем видеть лицо водителя в автобусе и он наше, не смотря на то, что он не находится напротив зеркала.

Строим изображение предмета в зеркале.

При построении изображения любой точки источника нет надобности рассматривать много лучей. Для этого достаточно построить два луча; точка их пересечения определит местоположение изображения. Удобнее всего построить те лучи, ход которых легко проследить. Ход этих лучей в случае отражения от зеркала изображен на рис. 213.

Рис. 213. Различные приемы построения изображения в вогнутом сферическом зеркале

Луч 1 проходит через центр зеркала и поэтому нормален к поверхности зеркала. Этот луч возвращается после отражения точно назад вдоль побочной или главной оптической оси.

Луч 2 параллелен главной оптической оси зеркала. Этот луч после отражения проходит через фокус зеркала.

Луч 3, который от точки объекта проходит через фокус зеркала. После отражения от зеркала он идет параллельно главной оптической оси.

Луч 4, падающий на зеркало в его полюсе, отразится назад симметрично по отношению к главной оптической оси. Для построения изображения можно воспользоваться любой парой этих лучей.

Построив изображения достаточного числа точек протяженного объекта, можно составить представление о положении изображения всего объекта. В случае простой формы объекта, указанной на рис. 213 (отрезок прямой, перпендикулярный к главной оси), достаточно построить всего одну точку изображения . Несколько более сложные случаи рассмотрены в упражнениях.

На рис. 210 были даны геометрические построения изображений для разных положений объекта перед зеркалом. Рис. 210, в - объект помещен между зеркалом и фокусом - иллюстрирует построение мнимого изображения при помощи продолжения лучей за зеркало.

Рис. 214. Построение изображения в выпуклом сферическом зеркале.

На рис. 214 дан пример построения изображения в выпуклом зеркале. Как было указано ранее, в этом случае получаются всегда мнимые изображения.

Для построения изображения в линзе любой точки объекта, так же как и при построении изображения в зеркале, достаточно найти точку пересечения каких-либо двух лучей, исходящих из этой точки. Наиболее простое построение выполняется при помощи лучей, указанных на рис. 215.

Рис. 215. Различные приемы построения изображения в линзе

Луч 1 идет вдоль побочной оптической оси без изменения направления.

Луч 2 падает на линзу параллельно главной оптической оси; преломляясь, этот луч проходит через задний фокус .

Луч 3 проходит через передний фокус ; преломляясь, этот луч идет параллельно главной оптической оси.

Построение этих лучей выполняется без всяких затруднений. Всякий другой луч, идущий из точки , построить было бы значительно труднее - пришлось бы непосредственно использовать закон преломления. Но в этом и нет необходимости, так как после выполнения построения любой преломленный луч пройдет через точку .

Следует отметить, что при решении задачи о построении изображения внеосевых точек вовсе не необходимо, чтобы выбранные простейшие пары лучей действительно проходили через линзу (или зеркало). Во многих случаях, например при фотографировании, предмет значительно больше линзы, и лучи 2 и 3 (рис. 216) не проходят через линзу. Тем не менее эти лучи могут быть использованы для построения изображения. Реальные луч и, участвующие в образовании изображения, ограничены оправой линзы (заштрихованные конусы), но сходятся, конечно, в той же точке , поскольку доказано, что при преломлении в линзе изображением точечного источника является снова точка.

Рис. 216. Построение изображения в случае, когда предмет значительно больше линзы

Рассмотрим несколько типичных случаев изображения в линзе. Линзу будем считать собирающей.

1. Предмет находится от линзы, на расстоянии, большем двойного фокусного расстояния. Таково обычно положение предмета при фотографировании.

Рис. 217. Построение изображение в линзе в случае, когда предмет находится за двойным фокусным расстоянием

Построение изображения дано на рис. 217. Поскольку , то по формуле линзы (89.6)

,

т. е. изображение лежит между задним фокусом и тонкой, находящейся на двойном фокусном расстоянии от оптического центра линзы. Изображение - перевернутое (обратное) и уменьшенное, так как по формуле увеличения

2. Отметим важный частный случай, когда на линзу падает пучок лучей, параллельных какой-либо побочной оптической оси. Подобный случай имеет место, например, при фотографировании очень удаленных протяженных предметов. Построение изображения дано на рис. 218.

В этом случае изображение лежит на соответствующей побочной оптической оси, в месте ее пересечения с задней фокальной плоскостью (так называется плоскость, перпендикулярная к главной оси и проходящая через задний фокус линзы).

Рис. 218. Построение изображения в случае, когда на линзу падает пучок лучей, параллельных побочной оптической оси

Точки фокальной плоскости нередко называют фокусами соответствующих побочных осей, оставляя название главный фокус за точкой , соответствующей главной оси.

Расстояние фокуса от главной оптической оси линзы и угол между рассматриваемой побочной осью и главной осью связаны, очевидно, формулой (рис. 218)

3. Предмет лежит между точкой на двойном фокусном расстоянии и передним фокусом - обычное положение предмета при проецировании проекционным фонарем. Для исследования этого случая достаточно воспользоваться свойством обратимости изображения в линзе. Будем считать источником (см. рис. 217), тогда будет являться изображением. Легко видеть, что в рассматриваемом случае изображение - обратное, увеличенное и лежит от линзы на расстоянии, большем двойного фокусного расстояния.

Полезно отметить частный случай, когда предмет находится от линзы на расстоянии, равном двойному фокусному расстоянию, т. е. . Тогда по формуле линзы

,

т. е. изображение лежит от линзы также на двойном фокусном расстоянии. Изображение в этом случае перевернутое. Для увеличения находим

т. е. изображение имеет те же размеры, что и предмет.

4. Большое значение имеет частный случай, когда источник находится в плоскости, перпендикулярной к главной оси линзы и проходящей через передний фокус.

Эта плоскость также является фокальной плоскостью; ее называют передней фокальной плоскостью. Если точечный источник находится в какой-либо из точек фокальной плоскости, т. е. в одном из передних фокусов, то из линзы выходит параллельный пучок лучей, направленный вдоль соответствующей оптической оси (рис. 219). Угол между этой осью и главной осью и расстояние от источника до оси связаны формулой

5. Предмет лежит между передним фокусом и линзой, т. е. . В этом случае изображение-прямое и мнимое.

Построение изображения в этом случае дано на рис. 220. Так как , то для увеличения имеем

т. е. изображение увеличенное. Мы вернемся к данному случаю при рассмотрении лупы.

Рис. 219. Источники и лежат в передней фокальной плоскости. (Из линзы выходят пучки лучей, параллельные побочным осям, проходящим через точки источника)

Рис. 220. Построение изображения в случае, когда предмет лежит между передним фокусом и линзой

6. Построение изображения для рассеивающей линзы (рис. 221).

Изображение в рассеивающей линзе всегда мнимое и прямое. Наконец, поскольку , то изображение всегда уменьшенное.

Рис. 221. Построение изображения в рассеивающей линзе

Отметим, что при всех построениях лучей, проходящих через тонкую линзу, мы можем не рассматривать ход их внутри самой линзы. Важно лишь знать расположение оптического центра и главных фокусов. Таким образом, тонкая линза может быть изображена плоскостью, проходящей через оптический центр перпендикулярно к главной оптической оси, на которой должны быть отмечены положения главных фокусов. Эта плоскость называется главной плоскостью. Очевидно, что луч, входящий в линзу и выходящий из нее, проходит через одну а ту же точку главной плоскости (рис. 222, а). Если мы сохраняем на рисунках очертания линзы, то только для наглядного различия собирающей и рассеивающей линз; для всех же построений эти очертания излишни. Иногда для большей простоты чертежа вместо очертаний линзы применяют символическое изображение, показанное на рис. 222, б.

Рис. 222. а) Замена линзы главной плоскостью ; б) символическое изображение собирающей (слева) и рассеивающей (справа) линз; в) замена зеркала главной плоскостью

Аналогично, сферическое зеркало можно изображать главной плоскостью, которая касается поверхности сферы в полюсе зеркала, с указанием на главной оси положения центра сферы и главного фокуса . Положение указывает, имеем ли мы дело с вогнутым (собирающим) или с выпуклым (рассеивающим) зеркалом (рис. 222, в).

Цели урока:

– учащиеся должны знать понятие зеркало;
– учащиеся должны знать свойства изображения в плоском зеркале;
– учащиеся должны уметь строить изображение в плоском зеркале;
– продолжить работу по формированию методологических знаний и умений, знаний о методах естественнонаучного познания и уметь применять их;
– продолжить работу по формированию экспериментальных исследовательских умений при работе с физическими приборами;
– продолжить работу по развитию логического мышления учащихся, по формированию умения строить индуктивные выводы.

Организационные формы и методы обучения: беседа, тест, индивидуальный опрос, исследовательский метод, экспериментальная работа в парах.

Средства обучения: Зеркало, линейка, ластик, перископ, мультимедийный проектор, компьютер, презентация (См. приложение 1 ).

План урока:

1. Проверка д/з (тест).
2. Актуализация знаний. Постановка темы, целей, задач урока вместе с учащимися.
3. Изучение нового материала в процессе работы учащихся с оборудованием.
4. Обобщение результатов эксперимента и формулирование свойств.
5. Отработка практических навыков построения изображения в плоском зеркале.
6. Подведение итогов урока.

Ход урока

1. Проверка д/з (тест).

(Учитель раздает карточки с тестом.)

Тест: Закон отражения

1. Угол падения луча света на зеркальную поверхность равен 15 0 . Чему равен угол отражения?
   А 30 0
   Б 40 0
   В 15 0
2. Угол между падающим и отраженными лучами равен 20 0 . Каким будет угол отражения, если угол падения увеличится на 5 0 ?
   А 40 0
   Б 15 0
   В 30 0

Ответы для теста.

Учитель: Обменяйтесь своими работами и проверьте правильность выполнения, сверив ответы с эталоном. Поставьте оценки, учитывая критерии оценок (ответы записаны на обратной стороне доски).

Критерии оценок за тест:

на оценку “5” – все;
на оценку “4” – задача № 2;
на оценку “3” – задача № 1.

Учитель: Вам была на дом задача № 4 Упр.30 (учеб. Перышкин А. В.) исследовательского характера. Кто справился с этим заданием? (Ученик работает у доски, предложив свою версию. )

Текст задачи: Высота Солнца такова, что его лучи составляют с горизонтом угол 40 0 . сделайте чертеж (рис.131) и покажите на нем, как нужно расположить зеркало АВ, чтобы “зайчик” попал на дно колодца.

2. Актуализация знаний. Постановка темы, целей, задач урока вместе с учащимися.

Учитель: Сейчас вспомним основные понятия, изученные на предыдущих уроках, и определимся с темой сегодняшнего урока.

Поскольку ключевое слово зашифровано в кроссворде.

Учитель: Какое ключевое слово получили? ЗЕРКАЛО.

Как вы думаете, какая тема сегодняшнего урока?

Да, тема урока: Зеркало. Построение изображения в плоском зеркале.

Откройте тетради, запишите число и тему урока.

Приложение. Слайд 1.

Учитель: На какие вопросы вы бы сегодня хотели получить ответы, учитывая тему урока?

(Дети задают вопросы. Учитель подводит итог, ставя, таким образом, цели урока.)

Учитель:

1. Изучить понятие “зеркало”. Выявить виды зеркал.
2. Узнать, какими свойствами оно обладает.
3. Научиться строить изображение в зеркале.

3. Изучение нового материала в процессе работы учащихся с оборудованием.

Деятельность учащихся: слушают и запоминают материал.

Учитель: приступаем к изучению нового материала, следует сказать, что зеркала бывают следующие:

Учитель: Сегодня мы более подробно изучим плоское зеркало.

Учитель: Плоским зеркалом (или просто зеркало ) называют плоскую поверхность, зеркально отражающую свет

Учитель: Запишите в тетрадь схему и определение зеркала.

Деятельность учащихся: выполняют записи в тетраде.

Учитель: Рассмотрим изображение предмета в плоском зеркале.

Вы все хорошо знаете, что изображение предмета в зеркале образуется за зеркалом, там, где его на самом деле нет.

Как это получается? (Учитель излагает теорию, учащиеся принимают активное участие. )

Слайд 5. (Экспериментальнаядеятельность учащихся.)

Опыт 1. У вас на столе имеется маленькое зеркало. Установите его в вертикальном положении. Перед зеркалом на небольшом расстоянии расположите ластик в вертикальном положении. А теперь возьмите линейку, и положите ее так, чтобы ноль был у зеркала.

Задание. Прочтите вопросы на слайде и ответьте на них. (Вопросы части А.)

Учащиеся формулируют вывод: мнимое изображение предмета в плоском зеркале находится на таком же расстоянии от зеркала, как и предмет перед зеркалом

Слайд 6. (Экспериментальнаядеятельность учащихся. )

Опыт 2. А теперь возьмите линейку, и расположите ее вертикально вдоль ластика.

Задание. Прочтите вопросы на слайде и ответьте на них. (вопросы части Б)

Учащиеся формулируют вывод: размеры изображения предмета в плоском зеркале равны размерам предмета.

Задания к опытам.

Слайд 7. (Экспериментальнаядеятельность учащихся.)

Опыт 3. На ластике справа поставьте черту и разместите его снова перед зеркалом. Линейку можно убрать.

Задание. Что вы увидели?

Учащиеся формулируют вывод: предмет и его изображения являются фигурами симметричными, но не тождественными

4. Обобщение результатов эксперимента и формулирование свойств.

Учитель: ИТАК, эти выводы можно назвать свойствами плоских зеркал , перечислим их еще раз и запишем в тетрадь.

Слайд 8. (Учащиеся записывают свойства зеркал в тетрадь.)

• Мнимое изображение предмета в плоском зеркале находится на таком же расстоянии от зеркала, как и предмет перед зеркалом.
• Размеры изображения предмета в плоском зеркале равны размерам предмета.
• Предмет и его изображения являются фигурами симметричными, но не тождественными.

Учитель: Внимание на слайд. Решаем следующие задачи (учитель спрашивает ответ у несколько ребят, а затем один учащийся излагает ход своих рассуждений, опираясь на свойства зеркал).

Деятельность учащихся: активное участие в обсуждении анализа задач.

1) Человек стоит на расстоянии 2м от плоского зеркала. На каком расстоянии от зеркала он видит свое изображение?
А 2м
Б 1м
В 4м

2) Человек стоит на расстоянии 1,5м от плоского зеркала. На каком расстоянии от себя он видит свое изображение?
А 1,5м
Б 3м
В 1м

5. Отработка практических навыков построения изображения в плоском зеркале.

Учитель: Итак, что такое зеркало мы узнали, установили его свойства, а теперь должны научиться строить изображение в зеркале, с учетом выше указанных свойств. Работаем вместе со мной в своих тетрадях. (Учитель работает на доске, учащиеся в тетради. )

6. Подведение итогов урока.

Учитель: Применение зеркала:

• в быту (по нескольку раз в день мы проверяем, хороши мы выглядим);
• в автомобилях (зеркала заднего вида);
• в аттракционах (комната смеха);
• в медицине (в частности в стоматологии) и во многих других сферах, особый интерес представляет перископ;
• перископ (применяют для наблюдения с подводной лодки или из окопов), демонстрация прибора, в том числе и самодельного.

Учитель: Вспомним, что мы сегодня изучили на уроке?

Что такое зеркало?

Какими свойствами оно обладает?

Как построить изображение предмета в зеркале?

Какие свойства учитываем при построении изображения предмета в зеркале?

Что такое перископ?

Деятельность учащихся: отвечают на поставленные вопросы.

Домашнее задание: §64 (учеб. Перышкин А. В. 8 класс), записи в тетради изготовить перископ по желанию № 1543, 1549, 1551,1554 (задачник Лукашик В. И.).

Учитель: Продолжите фразу …

Рефлексия:
Сегодня на уроке я научился …
Сегодня на уроке мне понравилось …
Сегодня на уроке мне не понравилось …

Выставление оценок за урок (выставляют учащиеся, объясняя при этом, почему ставят именно такую оценку).

Используемая литература:

1. Громов С. В. Физика: Учеб. для общеобразоват. учеб. учреждений/ С. В. Громову, Н. А. Родина. – М.: Просвещение, 2003.
2. Зубов В. Г., Шальнов В. П. Задачи по физике: Пособие для самообразования: Учебное руководство.– М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985 г.
3. Каменецкий С. Е., Орехов В. П. Методика решения задач по физике в средней школе: Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1987.
4. Колтун М. Мир физики. Издательство “Детская литература”, 1984.
5. Марон А. Е. Физика. 8 класс: Учебно-методическое пособие / А. Е. Марон, Е. А. Марон. М.: Дрофа, 2004.
6. Методика преподавания физики в 6–7 классах средней школы. Под ред. В. П. Орехова и А. В. Усовой. М. , “Просвещение”, 1976.
7. Перышкин А. В. Физика. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений.– М.: Дрофа, 2007.

Отражение света - это явление, при котором падение света на границу раздела двух сред MN часть падающего светового потока, изменив направление своего распространения, остается в той же самой среде. Падающий луч AO – луч, показывающий направление распространения света. Отраженный луч OB - луч, показывающий направление распространения отраженной части светового потока.

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

Угол отражения - угол между отраженным лучом и перпендикуляром, восставленным к границе раздела сред в точке падения луча.

Закон отражения света: 1) падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восставленным в точке падения луча к границе раздела двух сред; 2) угол отражения равен углу падения.

Зеркало, поверхность которого представляет собой плоскость, называется плоским зеркалом. Зеркальное отражение – это направленное отражение света.

Если граница раздела сред представляет собой поверхность, размеры неровности которой больше длины волны падающего на неё света, то взаимно параллельные световые лучи, падающие на такую поверхность, после отражения не сохраняют свою параллельность, а рассеиваются по всевозможным направлениям. Такое отражение света называют рассеянным или диффузным.

Действительное изображение – это изображение, которое получается при пересечении лучей.

Мнимое изображение – это изображение, которое получается при продолжении лучей.

Построение изображений в сферических зеркалах.

Сферическим зеркалом MK называют поверхность шарового сегмента, зеркально отражающую свет. Если свет отражается от внутренней поверхности сегмента, то зеркало называют вогнутым, а если от внешней поверхности сегмента – выпуклым . Вогнутое зеркало является собирающим, а выпуклое – рассеивающим.

Центр сферы C , из которой вырезан шаровой сегмент, образующий зеркало, называют оптическим центром зеркала , а вершину шарового сегмента O – его полюсом ; R – радиус кривизны сферического зеркала.

Любую прямую, проходящую через оптический центр зеркала, называют его оптической осью(KC ; MC ). Оптическую ось, проходящую через полюс зеркала, называют главной оптической осью (OC ). Лучи, идущие вблизи главной оптической оси, называют параксиальными .

Точку F , в которой пересекаются после отражения приосевые лучи, падающие на сферическое зеркало параллельно главной оптической оси, называют главным фокусом.

Расстояние от полюса до главного фокуса сферического зеркала называют фокусным OF .

Любой луч, падающий по одной из его оптических осей, отражается от зеркала по той же оси.

Формула вогнутого сферического зеркала :
, гдеd –расстояние от предмета до зеркала (м),f –расстояние от зеркала до изображения (м).

Формула фокусного расстояния сферического зеркала :
или

Величину D, обратную фокусному расстоянию F сферического зеркала, называют его оптической силой.

/диоптрия/.

Оптическая сила вогнутого зеркала положительна, а у выпуклого – отрицательна.

Линейным увеличением Г сферического зеркала называют отношение размера создаваемого им изображения Н к размеру изображаемого предмета h, т.е.
.