Построение изображения в зеркале. Плоское зеркало

Зеркало, поверхность которого представляет собой плоскость, называют плоским зеркалом. У сферических и параболических зеркал форма поверхности иная. Кривые зеркала мы изучать не будем. В обиходе чаще всего используют плоские зеркала, поэтому именно на них мы и остановимся.

Когда предмет находится перед зеркалом, то кажется, что за зеркалом находится такой же предмет. То, что мы видим за зеркалом, называется изображением предмета.

Почему мы видим предмет там, где его на самом деле нет?

Для ответа на этот вопрос выясним, как возникает изображение в плоском зеркале. Пусть перед зеркалом находится какая-либо светящаяся точка S (рис. 79). Из всех лучей, падающих из этой точки на зеркало, выделим для простоты три луча: SO, SO 1 и SO 2 . Каждый из этих лучей отражается от зеркала по закону отражения света, т. е. под таким же углом, под каким падает на зеркало. После отражения эти лучи расходящимся пучком попадают в глаз наблюдателя. Если продолжить отраженные лучи назад, за зеркало, то они сойдутся в некоторой точке S 1 . Эта точка и является изображением точки S. Именно здесь будет видеть наблюдатель источник света.

Изображение S 1 называется мнимым, так как получается оно в результате пересечения не реальных лучей света, которых за зеркалом нет, а их воображаемых продолжений. (Если бы это изображение было получено как точка пересечения реальных световых лучей, то оно называлось бы действительным.)

Итак, изображение в плоском зеркале всегда является мнимым. Поэтому когда вы смотритесь в зеркало, то видите перед собой не действительное, а мнимое изображение. Пользуясь признаками равенства треугольников (см. рис. 79), можно доказать, что S1O = OS. Это означает, что изображение в плоском зеркале находится на таком же расстоянии от него, на каком перед ним находится источник света.

Обратимся к опыту. Поместим на столе кусок плоского стекла. Часть света стекло отражает, и поэтому стекло можно использовать как зеркало. Но так как стекло прозрачно, мы сможем одновременно видеть и то, что находится за ним. Поставим перед стеклом зажженную свечу (рис. 80). За стеклом появится ее мнимое изображение (если поместить в изображение пламени кусочек бумаги, то он, конечно, не загорится).

Поставим по другую сторону стекла (где мы видим изображение) такую же, но незажженную свечу и начнем передвигать ее до тех пор, пока она не совместится с полученным ранее изображением (при этом она покажется зажженной). Теперь измерим расстояния от зажженной свечи до стекла и от стекла до ее изображения. Эти расстояния окажутся одинаковыми.
Опыт также показывает, что высота изображения свечи равна высоте самой свечи.

Подводя итоги, можно сказать, что изображение предмета в плоском зеркале всегда является: 1) мнимым; 2) прямым, т. е. неперевернутым; 3) равным по размеру самому предмету; 4) находящимся на таком же расстоянии за зеркалом, на каком предмет расположен перед ним. Иными словами, изображение предмета в плоском зеркале симметрично предмету относительно плоскости зеркала.

На рисунке 81 показано построение изображения в плоском зеркале. Пусть предмет имеет вид стрелки AB. Для построения его изображения следует:

1) опустить из точки A на зеркало перпендикуляр и, продлив его за зеркалом точно на такое же расстояние, обозначить точку A 1 ;

2) опустить из точки B на зеркало перпендикуляр и, продлив его за зеркалом точно на такое же расстояние, обозначить точку B 1 ;

3) соединить точки A 1 и B 1 .

Полученный при этом отрезок A 1 B 1 будет мнимым изображением стрелки AB.

На первый взгляд у предмета и его изображения в плоском зеркале нет никаких различий. Однако это не так. Посмотрите на изображение своей правой руки в зеркале. Вы увидите, что пальцы на этом изображении расположены так, как будто эта рука левая. Это не случайность: зеркальное отражение всегда меняет правое на левое и наоборот.

Не всем нравится различие правого и левого. Некоторые любители симметрии даже свои литературные произведения стараются написать так, чтобы они читались одинаково как слева направо, так и справа налево (такие фразы-перевертыши называют палиндромами), например: «Кинь лед зебре, бобер, бездельник».

Интересно, что животные по-разному реагируют на свое изображение в зеркале: некоторые его не замечают, у других оно вызывает явное любопытство. Наибольший интерес оно вызывает у обезьян. Когда на стене в одном из открытых вольеров для обезьян повесили большое зеркало, около него собрались все его обитатели. Обезьяны не отходили от зеркала, разглядывая свои изображения, в течение всего дня. И лишь когда им принесли их любимое лакомство, проголодавшиеся животные пошли на зов работницы. Но, как рассказал потом один из наблюдателей зоопарка, сделав несколько шагов от зеркала, они вдруг заметили, как их новые товарищи из «зазеркалья» тоже уходят! Страх больше не увидеть их оказался столь высоким, что обезьяны, отказавшись от пищи, вернулись к зеркалу. В конце концов зеркало пришлось убрать.

В жизни человека зеркала играют не последнюю роль, их используют как в быту, так и в технике.

Получение изображения с помощью плоского зеркала может быть использовано, например, в перископе (от греч. «перископео» - смотрю вокруг, осматриваю) - оптическом приборе, служащем для наблюдений из танков, подводных лодок и различных укрытий (рис. 82).

Параллельный пучок лучей, падающих на плоское зеркало, остается параллельным и после отражения (рис. 83, а). Именно такое отражение и называют зеркальным. Но помимо зеркального существует еще и другой вид отражения, когда параллельный пучок лучей, падающих на какую-либо поверхность, после отражения рассеивается ее микронеровностями по всевозможным направлениям (рис. 83, б). Такое отражение называют диффузным", его создают негладкие, шероховатые и матовые поверхности тел. Именно благодаря диффузному отражению света становятся видимыми окружающие нас предметы.

1. Чем отличаются плоские зеркала от сферических? 2. В каком случае изображение называют мнимым? действительным? 3. Охарактеризуйте изображение в плоском зеркале. 4. Чем отличается зеркальное отражение от диффузного? 5. Что мы увидели бы вокруг, если бы все предметы вдруг стали отражать свет не диффузно, а зеркально? 6. Что такое перископ? Как он устроен? 7. Используя рисунок 79, докажите, что изображение точки в плоском зеркале находится на таком же расстоянии от зеркала, на каком находится перед ним данная точка.

Экспериментальное задание. Встаньте дома перед зеркалом. Совпадает ли характер видимого вами изображения с тем, что описано в учебнике? С какой стороны у вашего зеркального двойника находится сердце? Отступите от зеркала на один-два шага. Что при этом произошло с изображением? Как изменилось его расстояние от зеркала? Изменилась ли при этом высота изображения?

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.
.

Любые отражающие поверхности в курсе школьной физики принято называть зеркалами. Рассматривают две геометрические формы зеркал:

• плоское
• сферическое

— отражающая поверхность, формой которой является плоскость. Построение изображения в плоском зеркале основывается на , которые, в общем случае, даже можно упростить (рис. 1).

Рис. 1. Плоское зеркало

Пусть источником в нашем примере будет точка А (точечный источник света). Лучи от источника распространяются во все стороны. Чтобы найти положение изображения, достаточно проанализировать ход двух любых лучей и найти построением точку их пересечения. Первый луч (1) пустим под любым углом к плоскости зеркала, и, по , его дальнейшее движение будет под углом отражения, равным углу падения. Второй луч (2) также можно пускать под любым углом, но проще нарисовать его перпендикулярно поверхности, т.к., в этом случае, он не испытает преломления. Продолжения лучей 1 и 2 сходятся в точке B, в нашем случае, данная точка и есть точки А (мнимое) (рис. 1.1).

Однако получившиеся на рисунке 1.1 треугольники одинаковы (по двум углам и общей стороне), тогда в качестве правила построения изображения в плоском зеркале можно принять: при построении изображения в плоском зеркале достаточно из источника А опустить перпендикуляр на плоскость зеркала, а затем продолжить данный перпендикуляр на ту же длину по другую сторону от зеркала (рис. 1.2).

Воспользуемся этой логикой (рис. 2).

Рис. 2. Примеры построения в плоском зеркале

В случае не точечного предмета важно помнить, что форма предмета в плоском зеркале не меняется. Если учесть, что любой предмет фактически состоит из точек, то, в общем случае, надо отразить каждую точку. В упрощённом варианте (например, отрезок или простая фигура) можно отразить крайние точки, а потом соединить их прямыми (рис. 3). При этом АВ — предмет, А’В’ — изображение.

Рис. 3. Построение предмета в плоском зеркале

Также нами было введено новое понятие — точечный источник света — источник, размерами которого можно пренебречь в нашей задаче.

— отражающая поверхность, формой которой является часть сферы. Логика поиска изображения та же — найти два луча, идущих от источника, пересечение которых (или их продолжений) и даст искомое изображение. На самом деле, для сферического тела есть три достаточно простых луча, преломление которых можно легко предсказать (рис. 4). Пусть — точечный источник света.

Рис. 4. Сферическое зеркало

Для начала введём характерную линию и точки сферического зеркала. Точка 4 называется оптическим центром сферического зеркала. Эта точка является геометрическим центром системы. Линия 5 — главная оптическая ось сферического зеркала — линия, проходящая через оптический центр сферического зеркала и перпендикулярно касательной к зеркалу в этой точке. Точка F — фокус сферического зеркала , обладающая особыми свойствами (об этом позже).

Тогда существует три хода лучей, достаточно простых для рассмотрения:

1. синий. Луч, проходящий через фокус, отражаясь от зеркала, проходит параллельно главной оптической оси (свойство фокуса),
2. зелёный. Луч, падающий на главный оптический центр сферического зеркала, отражается под тем же углом (),
3. красный. Луч, идущий параллельно главной оптической оси, после преломления проходит через фокус (свойство фокуса).

Выбираем любые два луча и их пересечение даёт изображение нашего предмета ().

Фокус — условная точка на главной оптической оси, в которую сходятся лучи, отражённые от сферического зеркала шедшие параллельно главной оптический оси.

Для сферического зеркала фокусное расстояние (расстояние от оптического центра зеркала до фокуса) чисто геометрическое понятие, и данный параметр может быть найден через соотношение:

Вывод : для зеркал используются самые общие . Для плоского зеркала существует упрощение для построения изображений (рис. 1.2). Для сферических зеркал существуют три хода луча, два любых из которых дают изображение (рис. 4).

Плоское, сферическое зеркало обновлено: Сентябрь 9, 2017 автором: Иван Иванович

Плоское зеркало - это плоская поверхность, зеркально отражающая свет.

Построение изображения в зеркалах основывается на законах прямолинейного распространения и отражения света.

Построим изображение точечного источника S (рис. 16.10). От источника свет идет во все стороны. На зеркало падает пучок света SAB , и изображение создается всем пучком. Но для построения изображения достаточно взять какие-либо два луча из этого пучка, например SO и SC .  Луч SO падает перпендикулярно поверхности зеркала АВ (угол падения равен 0), поэтому отраженный пойдет в обратном направлении OS . Луч SC отразится под углом \(~\gamma=\alpha\). Отраженные лучи OS и СК расходятся и не пересекаются, но если они попадают в глаз человека, то человек увидит изображение S 1 которое представляет собой точку пересечения продолжения отраженных лучей.

Изображение, получаемое на пересечении отраженных (или преломленных) лучей, называется действительным изображением .

Изображение, получаемое при пересечении не самих отраженных (или преломленных) лучей, а их продолжений, называется мнимым изображением .

Таким образом, в плоском зеркале изображение всегда мнимое.

Можно доказать (рассмотрите треугольники SOC и S 1 OC), что расстояние SO = S 1 O, т.е. изображение точки S 1 находится от зеркала на таком же расстоянии, как и сама точка S. Отсюда вытекает, что для построения изображения точки в плоском зеркале достаточно опустить на плоское зеркало из этой точки перпендикуляр и продолжить его на такое же рас¬стояние за зеркало (рис. 16.11).

При построении изображения какого-либо предмета последний представляют как совокупность точечных источников света. Поэтому достаточно найти изображение крайних точек предмета.

Изображение А 1 В 1 (рис. 16.12) предмета АВ в плоском зеркале всегда мнимое, прямое, тех же размеров, что и предмет, и симметричное относительно зеркала.