Прямолинейное распространение света. Отражение света. Плоское и сферическое зеркала

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

В данном разделе решают задачи, закрепляющие понятия о простейших и вместе с тем практически важных явлениях геометрической оптики (прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления света, линзы). В этих задачах вместо физического понятия световой волны используют геометрическое понятие светового луча, т.е. линии, показывающей направление распространения света. Такой подход к решению определенного класса задач должен предполагать понимание учащимися того факта, что свет — это электромагнитные излучения с длиной волны от 10~² до 10~⁷ м, к которым применимы ранее изученные общие законы механических и электромагнитных волн (отражения, интерференции, дифракции и др.). Такой подход подготовит учащихся к более глубокому изучению световых волн.

Прямолинейное распространение света

С помощью задач по данной теме уточняют понятие о луче света и границах применения «лучевой оптики», а также формируют некоторые практические умения («провешивание» прямых линий, определение расстояний и т. д.).

Задача: Как в солнечный день по тени определить высоту дерева, башни и т. п.?

Решение. Сначала определяют длину тени А'С = l (рис. 1) от какого-либо шеста или рейки, высота которой А'В' = h известна. Затем измеряют длину тени АС = L дерева и из подобия треугольников ABC и АВ'С находят, что высота дерева

Задача (э): Используя масштабную линейку и закопченное стекло, оцените примерный диаметр Солнца D, считая расстояние до него равным R = 150 млн. км.

Решение. К закопченному стеклу прикладывают линейку и, держа его в руке, смотрят через стекло на Солнце, как показано на рисунке 2,а. По линейке измеряют видимый диаметр Солнца в миллиметрах (рис. 2,б). Диаметр Солнца

где l — расстояние от глаза до закопченного стекла.

В одном из опытов были получены следующие данные: d = 6 мм; l = 60 см; D= 1,5 млн. км. Диаметр Солнца примерно в 100 раз меньше радиуса земной орбиты.

Аналогично можно определить диаметр Луны или по известному размеру далекого предмета — расстояние до него.

Отражение света. Плоское и сферическое зеркала.

По данной теме решают в основном задачи об отражении света от оптически гладких плоских зеркальных поверхностей, размеры шероховатостей которых сравнимы с длиной световой волны. В ознакомительном плане желательно решить задачи об отражении света от сферических зеркал, поскольку этот материал имеет большое практическое значение.

Нужно обратить внимание на то, что учащиеся нередко за угол падения или отражения ошибочно принимают угол между лучом и плоскостью.

Задача: Через щель а от источника S на плоское зеркало падает расходящийся под углом α пучок лучей (рис. 3). Определите угол между лучами после их отражения от зеркала.

Решение. Построим ход двух крайних лучей, ограничивающих пучок, и продолжим их за зеркало до точки пересечения S’. Угол α' и есть тот угол, который нужно определить. Рассмотрим ΔSAB и ΔS’AB : угол 1 = углу.3, поскольку они порознь равны углу2. угол SAB = углу S’AB, так как они равны (90° + β). Следовательно, α = α’.