Отражение света - ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Цель урока:

Познакомить учащихся с особенностями распространения света на границе раздела двух сред, дать им сведения о законах, которым подчиняется это явление.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

- Что такое свет?

- Как называется раздел физики, изучающий световые явления?

- Что представляет собой луч света (в физическом смысле)?

- В чем состоит суть закона прямолинейного распространения света?

- Приведите примеры: а) естественных; б) искусственных источников света.

- Как доказать, что свет в однородной среде распространяется прямолинейно?

- Кем и когда был впервые сформулирован закон прямолинейного распространения света?

- Объясните, в каком случае предмет отбрасывает резкую тень, а в каком - тень и полутень?

- Как Аристотель определил, что Земля имеет форму шара?

II. Изучение нового материала

Объяснение нового материала необходимо начать с демонстрации явлений, происходящих на границе раздела двух сред, например, воздух-стекло. Учитель обращает внимание учеников на то, что при падении пучка света на границу раздела двух сред пучок раздваивается: одна его часть возвращается в первую среду (и это явление называется отражением света), а другая - проникает во вторую среду, изменив свое направление (это явление называется преломлением света).

Каждый пучок на рис. 176 представлен центральным лучом:

S- падающий луч;

S₁ - отраженный луч;

S₂ - преломленный луч;

α - угол падения;

β - угол отражения;

γ - угол преломления.

Далее на уроке рассматривается только отражение света. Различают диффузное и зеркальное отражение. Диффузно отражают шероховатые (матовые) поверхности, при этом отраженные лучи распространяются во все стороны более или менее равномерно (каждая точка поверхности отражает свет только в «своем» направлении). Зеркально свет отражается от полированных поверхностей (свет отражается в строго определенном направлении). Для человека важны оба вида отражения. В самом деле, трудно представить себе жизнь без зеркал. Однако представьте себе зеркальный экран в кинотеатре. Все ли зрители одинаково хорошо видят изображение на нем?

- Приведите примеры диффузного и зеркального отражений.

Законы отражения света. На основании экспериментов можно сделать выводы:

а) луч падающий и луч отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным к отражающей поверхности в точке падения;

б) угол падения равен углу отражения: α = β.

Падающий и отраженный лучи могут меняться местами. Это свойство лучей называется обратимостью световых лучей:

Если точечный объект и его изображение поменять местами, то лучевая картина отражения не изменится; изменится при этом лишь направление лучей.

III. Закрепление изученного

С целью закрепления материала можно рассмотреть решения ряда задач по изученной теме:

1. Чему равен угол падения лучей на плоское зеркало, если угол между лучом и зеркалом равен 30°?

2. Чему равен угол падения луча на плоское зеркало, если угол между падающим лучом и отраженным равен 40°?

3. На плоское зеркало падают два луча, угол между которыми 10°. Каким будет угол между отраженными лучами?

4. Луч света падает на плоское зеркало. Угол падения в 4 раза больше, чем угол между падающим лучом и зеркалом! Чему равен угол отражения?

5. Солнечные лучи падают под углом 60° к горизонту. Как нужно расположить плоское зеркало, чтобы отраженные лучи осветили дно глубокого колодца? Сделайте схематический рисунок, поясняющий ваше решение.

Домашнее задание

1. § 31 учебника; вопросы к параграфу;

2. Задачи 130, 132, 134.

Приложение к уроку

Первые шаги в развитии геометрической оптики

В оптике, так же как и в механике, первые шаги были сделаны уже в древности. Тогда были открыты два закона геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света и закон отражения света. К познанию этих законов древние пришли, вероятно, очень давно. Опыт повседневной жизни: наблюдение тени, перспективы, применение метода визирования при измерении земельных площадей и при астрономических наблюдениях - приводил древних, во-первых, к понятию луча света, а во-вторых, к понятию прямолинейного распространения света. Наблюдая затем явление отражения света, в частности, в металлических зеркалах, которые были хорошо известны в то время, древние пришли к пониманию закона отражения света.

Указанные два закона были описаны знаменитым греческим ученым Евклидом, жившим в III веке до нашей эры. С помощью этих законов Евклид объяснил целый ряд наблюдаемых явлений и, в частности, явлений отражения света от плоских и даже сферических зеркал.

Исследованием отражения света плоскими и сферическими зеркалами занимался и другой знаменитый ученый древности - Архимед, живший также в III веке до нашей эры. Он знал свойство вогнутого сферического зеркала собирать световые лучи в фокусе. Об этом сообщается в сочинениях ученых древности: Архимед знал, «почему вогнутые зеркала, помещенные против солнца, зажигают подложенный трут». Архимеду даже приписывают изобретение специальных зажигательных устройств из вогнутых зеркал, с помощью которых он будто бы сжег вражеский флот. Это, конечно, легенда. Но то, что Архимед знал зажигательное свойство вогнутого зеркала, это факт.

В средние века оптика продолжала развиваться на Востоке, а затем и в Европе. Однако каких-либо новых существенных результатов за этот длительный период в жизни человечества получено не было. Единственным важным достижением за это время было изобретение в XIII веке очков. Но это изобретение существенным образом не повлияло на развитие теоретической оптики.

Следующим важным изобретением, сыгравшим очень большую роль в последующем развитии оптики, было создание зрительной трубы. Зрительная труба была изобретена не одним человеком. Возможно, что еще великий итальянский художник Леонардо да Винчи в самом начале XVI века пользовался зрительной трубой. Имеются сведения и о других ученых и изобретателях, которые также пришли к этому изобретению. Однако решающий шаг в изобретении зрительной трубы был сделан Галилеем.

В 1609 г. Галилей построил зрительную трубу. Свое изобретение он использовал как телескоп для наблюдения небесных тел и сделал при этом целый ряд важнейших открытий, которые дали ему возможность выступить в защиту учения Коперника. Однако Галилей не занимался теоретическими исследованиями по оптике. Он даже не разработал теорию действия изобретенной им зрительной трубы.

Основы теории простейших оптических инструментов разработал великий немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571-1630). Еще в 1604 г. он написал работу, в которой изложил основы геометрической оптики.

Разработав теорию построения изображения в оптических приборах, Кеплер ввел новые понятия: «фокус» и «оптическая ось». Эти понятия применяются в оптике и в настоящее время.

Следующим важным шагом в развитии оптики было открытие закона преломления света. Закон преломления света был установлен голландским ученым Снеллиусом, но он его даже не опубликовал. Этот закон был опубликован Декартом в 1637 г. Теперь геометрическая оптика, фундамент которой заложил Кеплер, могла развиваться дальше.