Перейти к содержанию
Educora
Продвинутый8–9 классы16 мин20 / 44

Свет: отражение, преломление и линзы

Изучи прямолинейное распространение света, закон отражения, преломление, показатель преломления и оптическую силу линз.

Проверь себя
В этом уроке ты узнаешь
  • Применять закон отражения и описывать изображение в плоском зеркале
  • Объяснять преломление света и пользоваться показателем преломления
  • Различать собирающие и рассеивающие линзы и вычислять оптическую силу

Почему ложка в стакане с водой кажется «сломанной»? Как ты видишь себя в зеркале? Как очки помогают плохо видящим глазам? Ответы на эти вопросы даёт оптика — раздел физики, изучающий свет.

Прямолинейное распространение света

В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Линию, вдоль которой распространяется свет, называют лучом. Тени возникают именно из-за прямолинейного распространения света: непрозрачное тело задерживает лучи, и за ним остаётся неосвещённая область. В вакууме скорость света около 300 000 км/с.

Отражение света

Когда свет падает на границу двух сред, часть его возвращается обратно — отражается. Углы отсчитывают не от поверхности, а от перпендикуляра, восставленного к поверхности в точке падения. Закон отражения: падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр лежат в одной плоскости, а угол падения равен углу отражения.

α = β
где:
  • αугол падения (между лучом и перпендикуляром)
  • βугол отражения
Пример 1: луч падает на зеркало

Луч составляет с поверхностью плоского зеркала угол 30°. Чему равны угол падения, угол отражения и угол между падающим и отражённым лучами?

Показать решение
Перпендикуляр образует с поверхностью 90°, поэтому угол падения α = 90° − 30° = 60°.
По закону отражения β = α = 60°.
Угол между лучами: α + β = 120°.

Преломление света

Переходя из одной среды в другую, свет на границе меняет направление — преломляется. Причина в том, что в разных средах скорость света различна. При переходе из воздуха в воду или стекло свет замедляется и отклоняется к перпендикуляру: угол преломления меньше угла падения. Поэтому ложка и кажется «сломанной».

n = c / vn = c / v
где:
  • nабсолютный показатель преломления среды
  • cскорость света в вакууме, ≈ 300 000 км/с
  • vскорость света в среде

Для воды n ≈ 1,33, для стекла ≈ 1,5, для алмаза ≈ 2,42

Пример 2: скорость света в стекле

Показатель преломления стекла 1,5. С какой скоростью свет распространяется в стекле?

Показать решение
Так как n = c / v, то v = c / n.
v = 300 000 км/с / 1,5 = 200 000 км/с.
Значит, в стекле свет распространяется в 1,5 раза медленнее, чем в вакууме.

Линзы

СвойствоСобирающая линзаРассеивающая линза
Формав середине толще, чем по краямв середине тоньше, чем по краям
Параллельные лучисобираются в фокусерасходятся
Оптическая силаположительнаяотрицательная
В очкахисправляет дальнозоркостьисправляет близорукость

Расстояние от центра линзы до фокуса называется фокусным расстоянием (F). Чем оно меньше, тем сильнее линза преломляет лучи. Это характеризует оптическая сила, единица которой — диоптрия (дптр).

D = 1 / FD = 1 / F

D — оптическая сила, в дптр; F — фокусное расстояние, в метрах. У рассеивающей линзы F и D отрицательны.

Пример 3: линза для очков

а) Фокусное расстояние собирающей линзы 25 см. б) Фокусное расстояние рассеивающей линзы 50 см. Найди оптическую силу каждой линзы.

Показать решение
а) F = 25 см = 0,25 м, D = 1 / 0,25 м = +4 дптр.
б) У рассеивающей линзы F = −0,5 м, D = 1 / (−0,5 м) = −2 дптр.
Если в рецепте на очки для близорукого написано «−2», это рассеивающая линза.

Главное

  • В однородной среде свет распространяется прямолинейно; его скорость в вакууме ≈ 300 000 км/с.
  • Закон отражения: угол падения равен углу отражения; углы отсчитывают от перпендикуляра.
  • Преломление происходит из-за разной скорости света в разных средах; n = c / v.
  • Собирающая линза сводит лучи в фокус, рассеивающая — рассеивает; оптическая сила D = 1 / F.

Проверь себя

Вопросов: 10. Каждый правильный ответ приносит XP.

1 / 10
Угол падения луча на зеркало 40°. Чему равен угол отражения?