家、木、クラスメートなど、身の回りにあるほとんどの物体は光源ではありません。 しかし、あなたはそれらを見ます。 「どうして？」という質問への答え。 この段落でわかります。

米。 11.1. 光源がなければ何も見えません。 光源がある場合、光源自体だけでなく、光源からの光を反射するオブジェクトも見えます。

光源ではない物体が見える理由を見つける

光が均質な透明な媒質の中を直進することは既にご存じでしょう。

しかし、光線の経路に何らかの物体がある場合はどうなるでしょうか? 透明な場合、光の一部は体を通過でき、一部は吸収され、一部は体から反射されます。 反射した光線の一部が私たちの目に当たり、この物体が見えます (図 11.1)。

光の反射の法則を確立する

光の反射の法則を確立するために、特別な装置、オプティカル ウォッシャー*を使用します。 ワッシャーの中央に鏡を固定し、狭い光線をそこに向けて、ワッシャーの表面にライトストリップを与えます。 ミラーから反射された光線も、ワッシャーの表面に光の帯を与えることがわかります（図11.2を参照）。

入射光ビームの方向は、CO ビームによって設定されます (図 11.2)。 このビームは入射ビームと呼ばれます。 光の反射ビームの方向は、ビーム OK によって設定されます。 この光線を反射光線と呼びます。

ビームの入射点 O から、ミラーの表面に垂直な OB を引きます。 入射光線、反射光線、および垂線が同じ平面、つまりワッシャー表面の平面にあることに注意してください。

入射ビームと入射点から引いた垂線との間の角度αは、入射角と呼ばれます。 反射光線と与えられた垂線との間の角度 β は、反射角と呼ばれます。

角度αとβを測定することにより、それらが等しいことを確認できます。

光源をディスクの端に沿って移動すると、光線の入射角と反射角がそれに応じて変化し、そのたびに光の入射角と反射角が等しくなります。 (図 11.3)。 したがって、光の反射の法則を確立しました。

米。 11.3. 光の入射角が変化すると、反射角も変化します。 反射角は常に入射角に等しい

米。 11.5. 光線の可逆性の実証: 反射ビームは入射ビームの経路をたどります

米。 11.6. 鏡に近づくと、その中に「二重」が見えます。 もちろん、そこには「二重」はありません-鏡に映った自分の姿が見えます

1. 入射ビーム、反射ビーム、およびビームの入射点から引いた反射面に垂直な線は、同じ平面にあります。

2. 反射角は入射角に等しく、β = α です。

光の反射の法則は、紀元前 3 世紀に古代ギリシャの科学者ユークリッドによって確立されました。 紀元前 e.

教授は鏡をどの方向に向ければ「 サンビーム»男の子をたたきますか (図 11.4)?

オプティカル ウォッシャーのミラーを使用して、光線の可逆性を実証することもできます。 ビームが行く落下する人の道に沿って（図11.5）。

平らな鏡で画像を調べます

平面鏡で像がどのように作られるかを考えてみましょう (図 11.6)。

点光源 S から発散する光が平面鏡の表面に当たるとします。 このビームから光線 SA、SB、SC を選択します。 光の反射の法則を使用して、反射光線 LL b BB 1 と CC 1 を作成します (図 11.7、a)。 これらの光線は発散ビームになります。 それらを反対方向 (鏡の後ろ) に延長すると、それらはすべて 1 点で交差します - S 1 は鏡の後ろにあります。

ミラーから反射された光線の一部が目に入ると、実際には点 S 1 に光源はありませんが、反射光線は点 S 1 から来ているように見えます。 したがって、点S 1 は点Sの虚像と呼ばれます。平面鏡は常に虚像を与えます。

オブジェクトとその画像がミラーに対してどのように配置されているかを調べます。 これを行うには、ジオメトリに目を向けます。 たとえば、鏡に落ちて反射する光線 SC を考えてみましょう (図 11.7、b)。

図から、Δ SOC = Δ S 1 OC は、共通の辺 CO と等しい鋭角を持つ直角三角形であることがわかります (光の反射の法則 α = β によるため)。 三角形の等式から、SO \u003d S 1 O、つまり、点 S とその像 S 1 は、平面鏡の表面に対して対称であることがわかります。

拡張オブジェクトのイメージについても同じことが言えます。オブジェクトとそのイメージは、平面ミラーの表面に対して対称です。

それで、私たちはインストールしました 一般的な特性フラットミラーの画像。

1. 平面鏡は物体の虚像を与えます。

2. 平面鏡の中の物体の像と物体自体は、鏡の表面に対して対称であり、これは次のことを意味します。

1) オブジェクトの画像は、オブジェクト自体と同じサイズです。

2) 物体の像は鏡の表面から物体自体と同じ距離にある。

3) オブジェクト上の点と画像上の対応する点を結ぶセグメントは、ミラーの表面に対して垂直です。

光の鏡面反射と拡散反射を区別する

夕方、部屋の明かりがつくと、私たちの姿が見えます 窓ガラス. しかし、カーテンが引かれるとイメージは消えてしまいます。ファブリック上にイメージは見えません。 なぜ？ この質問への答えは、少なくとも 2 つに関連しています。 物理現象.

そのような最初の物理現象は光の反射です。 画像が表示されるためには、光が表面から鏡面反射する必要があります。点光源 S から来る光の鏡面反射の後、反射光線の継続は 1 つの点 S 1 で交差します。点Sの画像になります（図11.8、a）。 このような反射は、非常に滑らかな表面からのみ可能です。 それらはいわゆる鏡面です。 通常の鏡に加えて、鏡面の例はガラス、磨かれた家具、穏やかな水面などです（図11.8、b、c）。

光が粗い表面から反射される場合、そのような反射は散乱 (拡散) と呼ばれます (図 11.9)。 この場合、反射した光線はさまざまな方向に伝播します (これが、照らされたオブジェクトをあらゆる方向から見る理由です)。 鏡面よりも光を散乱させる面の方がはるかに多いことは明らかです。

あたりを見回して、光を乱反射する表面を少なくとも 10 個挙げてください。

米。 11.8. 光の鏡面反射は、滑らかな表面からの光の反射です。

米。 11.9. 光の散乱 (拡散) 反射は、粗い表面からの光の反射です。

画像を見る能力に影響を与える 2 つ目の物理現象は、光の吸収です。 結局のところ、光は反射するだけではありません。 肉体だけでなく、それらにも吸収されます。 最適な反射板はミラーです。ミラーは入射光の最大 95% を反射できます。 体は光をよく反射します。 白色、しかし黒い表面はそれに当たるほとんどすべての光を吸収します。

秋に雪が降ると、夜は一段と明るくなります。 なぜ？ 問題を解決することを学ぶ

タスク。 図上。 図１は、物体ＢＣおよび鏡ＮＭを概略的に示す。 オブジェクト BC の画像が完全に見える領域をグラフィカルに見つけます。

物理的な問題の分析。 鏡の中の物体のある点の像を見るためには、この点から鏡に落ちる光線の少なくとも一部が観察者の目に反射する必要があります。 オブジェクトの端点から発する光線が目に反射する場合、オブジェクトのすべての点から発する光線も目に反射することは明らかです。

ソリューション、結果の分析

1. 点 B 1 を作成しましょう - 平面鏡の点 B の像 (図 2、a)。 ミラーの表面とミラーの端点から反射された光線によって囲まれた領域は、ミラー内の点 B の像 B 1 が見える領域になります。

2. 同様に点 C の画像 C 1 を作成した後、ミラー内のその視野の領域を決定します (図 2、b)。

3. 観察者は、B 1 と C 1 (図 2、c) の両方の画像を与える光線が眼に入った場合にのみ、オブジェクト全体の画像を見ることができます。 したがって、図で強調表示されている領域は次のとおりです。 オレンジ色の 2 は、オブジェクトの画像が完全に見える領域です。

得られた結果を分析し、もう一度図を検討してください。 2 問題に対処し、平らな鏡で物体の視野を見つける簡単な方法を提供します。 いくつかのオブジェクトの視野を 2 つの方法でプロットして、仮定を確認します。

まとめ

目に見える物体はすべて光を反射します。 光が反射するとき、光反射の 2 つの法則が満たされます。 2) 反射角は入射角に等しい。

平らな鏡の中の物体の像は想像上のもので、大きさは物体自体と同じで、鏡から物体自体と同じ距離に位置しています。

光の鏡面反射と拡散反射を区別します。 鏡面反射の場合、反射面にある物体の虚像を見ることができます。 拡散反射の場合、画像は表示されません。

コントロールの質問

1. 周囲の物体が見えるのはなぜですか? 2. 入射角と呼ばれる角度は? 反射角？ 3. 光の反射の法則を定式化します。 4. 光の反射の法則の有効性を検証するために使用できる装置は? 5. 光線の可逆性の性質は何ですか? 6. 虚像と呼ばれるのはどのような場合ですか? 7. 平らな鏡の中の物体の像を説明してください。 8. 光の拡散反射は鏡面反射とどう違うのですか?

演習番号 11

1. 平らな鏡から 1.5 m 離れたところに女の子が立っています。 彼女の反射は女の子からどのくらい離れていますか? 説明してください。

2. 車の運転手は、バックミラーを見て、乗客が座っているのを見た 後部座席. この瞬間、同じ鏡を見ている乗客は運転手を見ることができますか?

3. 写真を転送します。 1 をノートブックに書き、各ケースで入射 (または反射) 光線を作成します。 入射角と反射角にラベルを付けます。

4. 入射光線と反射光線の間の角度は 80° です。 ビームの入射角は何度ですか?

5. 対象物は平面鏡から 30 cm の距離にありました。 次に、対象物をミラーの表面に垂直な方向にミラーから 10 cm、平行に 15 cm 移動させました。 オブジェクトとその反射の間の距離は? それは何になりましたか？

6. 時速 4 km の速度でミラー ショー ウィンドウに向かって移動しています。 あなたの反射はどれくらいの速さであなたに近づいていますか？ あなたが2m歩くと、あなたとあなたの反射との間の距離はどのくらい減少しますか?

7. 太陽光線が湖面に反射しています。 入射光線と水平線の間の角度は、入射光線と反射光線の間の角度の 2 倍です。 ビームの入射角は何度ですか?

8. 少女は、壁にかけられた鏡を少し斜めからのぞき込みます (図 2)。

1) 鏡に映った少女の姿を作ります。

2) 少女が体のどの部分を見ているかをグラフィカルに見つけます。 女の子が自分自身を完全に見る領域。

3) 鏡を不透明なスクリーンで徐々に覆うと、どのような変化が観察されますか?

9. 夜、車のヘッドライトに照らされて、ドライバーには歩道の水たまりが見える ダークスポット明るい道路の背景に。 なぜ？

10. 図では。 図3は、ペリスコープ内の光線の経路を示しています。これは、光の直線的な伝播に基づいて動作するデバイスです。 この装置の仕組みを説明してください。 追加の情報源を使用し、それがどこで使用されているかを調べます。

ラボ #3

主題。 平面鏡を用いた光の反射の調査。

目的: 光の反射の法則を実験的に確認します。

備品：光源（キャンドルまたはスタンド上の電気ランプ）、平面鏡、スリット付きスクリーン、白紙数枚、定規、分度器、鉛筆。

仕事の指示

実験の準備

1.作業を行う前に、次のことを覚えておいてください。1）ガラス製の物体を扱うときの安全要件。 2) 光の反射の法則。

2. 実験装置を組み立てます (図 1)。 このため：

1) 白い紙の上にスロットを付けてスクリーンを取り付けます。

2) 光源を動かして、紙の上に光の帯を作ります。

3) 平らな鏡を光の帯に対して特定の角度で紙のシートに垂直に配置し、反射した光のビームが紙の上にはっきりと見える帯を与えるようにします。

実験

安全上の注意事項に厳密に従ってください (教科書のフライリーフを参照)。

1. よく削った鉛筆で鏡に沿って紙に線を引きます。

2. 1 枚の紙に 3 つの点を置きます。最初の点は入射光線の中央、2 番目の点は反射光線の中央、3 番目の点は光線が入射する場所にあります。ミラー (図 2)。

3. 上記の手順をさらに数回繰り返します (オン 別のシート紙)、ミラーを入射光ビームに対してさまざまな角度に設定します。

4. 鏡と紙の間の角度を変えて、この場合、反射した光線が見えないようにします。

実験結果の処理

各エクスペリエンスについて:

1) ミラーに入射するビームと反射ビームを構築します。

2) ビームの入射点を通り、ミラーに沿って引かれた線に垂線を引きます。

3) 光の入射角 (α) と反射角 (β) にラベルを付けて測定します。 測定結果を表に記入します。

実験とその結果の分析

実験とその結果を分析します。 次のことを示す結論を出してください。1) 光線の入射角と設定した反射角の比率は? 2) 実験の結果が完全に正確であることが判明したかどうか。そうでない場合、エラーの理由は何か。

創造的な仕事

図を使用します。 3、平面鏡を使用して部屋の高さを決定する実験を行うための計画をよく考えて書き留めます。 必要な装備を示します。

可能であれば実験してください。

「アスタリスク付き」のタスク

2 つの異なるメディア間のインターフェイスで、この場合 インターフェース波長を大幅に超えると、光の伝搬方向が変化します。光エネルギーの一部は最初の媒体に戻ります。 反映された、および一部が第2の媒体に浸透し、同時に 屈折した. AOビームは 入射ビーム、光線 OD は 反射ビーム（図1.3を参照）。 これらの光線の相互配置は、 光の反射と屈折の法則.

米。 1.3。 光の反射と屈折。

ビームの入射点で表面に復元された、入射ビームと界面への垂線との間の角度 α は、 入射角.

反射光線と同じ垂線の間の角度 γ は、 反射角.

各媒体は、ある程度（つまり、独自の方法で）光放射を反射および吸収します。 特徴づける価値 反射率物質の表面は呼ばれます 反射係数. 反射係数は、放射によって物体の表面にもたらされるエネルギーのどの部分が、反射された放射によってこの表面から運ばれるエネルギーであるかを示します。 この係数は、放射線の組成や入射角など、多くの要因に依存します。 光は完全に反射されます 薄膜ガラス板に付着した銀または液体水銀。

光の反射の法則

光の反射の法則は、紀元前 3 世紀に古代ギリシャの科学者ユークリッドによって実験的に発見されました。 また、これらの法則は、摂動が到達した媒体の各点が二次波の発生源であるというホイヘンスの原理の結果として得ることができます。 次の瞬間の波面（波面）は、すべての二次波の接面です。 ホイヘンスの原理純粋に幾何学的です。

平面波は CM の滑らかな反射面 (図 1.4) に落ちます。つまり、波面が帯状になっている波です。

米。 1.4。 ホイヘンス建設。

A 1 A と B 1 B は入射波の光線、AC はこの波の波面 (または波面) です。

さよなら 波面ポイントCからポイントBまで時間tで移動し、ポイントAから二次波は半球に沿ってAD = vtおよびCB = vtであるため、距離AD = CBまで伝播します。ここで、vは速度です波の伝播。

反射波の波面は、半球に接する直線 BD です。 さらに、波面は、反射ビームＡＡ ２ およびＢＢ ２ の方向にそれ自体と平行に移動する。

直角三角形 ΔACB と ΔADB には、共通の斜辺 AB と等しい脚 AD = CB があります。 したがって、それらは等しいです。

角度 CAB = α と DBA = γ は、互いに垂直な辺を持つ角度であるため、等しくなります。 そして、三角形の等号から、α = γ となります。

また、ホイヘンスの構成から、入射光線と反射光線は、光線の入射点で復元された表面への垂線と同じ平面にあることがわかります。

反射の法則は、光線の逆方向に有効です。 光線のコースの可逆性により、反射した光線の経路に沿って伝播する光線は、入射した光線の経路に沿って反射することがわかります。

ほとんどの物体は、光源ではなく、入射した放射線を反射するだけです。 照らされたオブジェクトは、光がさまざまな方向に表面から反射されて散乱するため、すべての側面から見ることができます。 この現象を 拡散反射また 拡散反射. 光の拡散反射 (図 1.5) はすべての粗い表面から発生します。 このような表面の反射ビームの経路を決定するために、表面に接する平面がビームの入射点に描かれ、入射角と反射角がこの平面に対してプロットされます。

米。 1.5。 光の乱反射。

たとえば、白い光の 85% は雪の表面から、75% は白い紙から、0.5% は黒いベルベットから反射されます。 光の乱反射を起こさない 不快感鏡ではなく人間の目で。

- これは、ある角度で滑らかな表面に当たる光線が、主に一方向に反射される場合です (図 1.6)。 この場合の反射面は 鏡（また 鏡面）。 ミラー表面の不規則性と不均一性のサイズが光の波長を超えない場合 (1 μm 未満)、鏡面は光学的に滑らかであると見なすことができます。 このような表面では、光の反射の法則が満たされます。

米。 1.6。 光の鏡面反射。

フラットミラー反射面が平面の鏡です。 平らな鏡はその前にある物体を見ることを可能にし、これらの物体は鏡面の後ろにあるように見えます。 の 幾何光学光源 S の各点は、発散する光線の中心と見なされます (図 1.7)。 そのような光線は呼ばれます 同心円. 光学装置内の点 S の像は、さまざまな媒質内で反射および屈折されたホモセントリック光線の中心 S' です。 表面で光が散乱した場合 いろいろな体、平らな鏡にぶつかり、そこから反射して観察者の目に落ち、これらの物体の画像が鏡に表示されます。

米。 1.7。 平面鏡による像。

ビーム自体の反射 (屈折) 光線が点 S' で交差する場合、イメージ S' は実在と呼ばれます。 イメージ S' は、その中で交差するのが反射 (屈折) 光線自体ではなく、それらの継続である場合、虚像と呼ばれます。 この点には光エネルギーは入りません。 図上。 1.7は、平らな鏡の助けを借りて現れる光点Sの画像を示しています。

ビーム SO は 0° の角度でミラー KM に当たるため、反射角度は 0° であり、反射後のこのビームはパス OS をたどります。 点 S から平面鏡に落ちる光線のセット全体から、光線 SO 1 を選択します。

ビーム SO 1 は角度 α でミラーに当たり、角度 γ (α = γ ) で反射されます。 鏡を越えて反射光線を続けると、それらは点 S 1 に収束します。これは、平面鏡の点 S の想像上のイメージです。 このように、人には光線が点 S 1 から出ているように見えますが、実際には、この点から出て目に入る光線はありません。 点Ｓ １ の像は、ＫＭミラーに関して最も明るい点Ｓに対して対称的に位置する。 証明しましょう。

光の反射の法則によれば、2の角度でミラーに入射するビームSB（図1.8）は、1 = 2の角度で反射されます。

米。 1.8。 平面鏡からの反射。

図から。 1.8 角度 1 と 5 が等しく、垂直であることがわかります。 角度の合計 2 + 3 = 5 + 4 = 90°。 したがって、角度 3 = 4 および 2 = 5 です。

直角三角形ΔＳＯＢおよびΔＳ１０Ｂは、共通の脚ＯＢおよび等しい鋭角３および４を有し、したがって、これらの三角形は、辺および脚に隣接する２つの角が等しい。 これは、ＳＯ＝ＯＳ １ 、すなわち、点Ｓ １ がミラーに関して点Ｓと対称に位置することを意味する。

平面鏡で物体 AB の像を見つけるには、物体の端点から鏡への垂線を下げ、鏡を越えて垂線を引き続け、その後ろに距離に等しい距離を確保するだけで十分です。ミラーからオブジェクトの端点まで (図 1.9)。 この画像は架空のものであり、 等身大. オブジェクトの寸法と相対位置は保持されますが、同時にミラーでは左と 右側画像は、オブジェクト自体と比較して反転しています。 反射後の平面鏡に入射する光線の平行度も乱されません。

米。 1.9。 平らな鏡の中の物体の画像。

エンジニアリングでは、球面ミラーなどの複雑な曲面反射面を持つミラーがよく使用されます。 球面鏡- これは体の表面で、球形のセグメントの形をしており、光を鏡面反射します。 そのような表面からの反射時の光線の平行性は破られます。 鏡と呼ばれる 凹面光線が反射する場合 内面球状セグメント。 このような面で反射した後の平行光線が一点に集まるため、凹面鏡と呼ばれます。 集まる. 光線がミラーの外面から反射される場合、 凸面. 平行光線が散乱する さまざまな側面、 それが理由です 凸面鏡と呼ばれる 散乱.

鏡の向こう側に見える画像は、光線自体ではなく、精神的な継続によって作成されることに注意してください。 そんなイメージを呼びます 想像上の。目で見ることはできますが、光線ではなく精神的な継続によって作成されたため、画面に表示することは不可能です。

反射するとき、光の最短伝播時間の原理も観察されます。 反射後に観察者の目に入るには、反射の法則が示す通りに光が正確に到達する必要があります。 光がその経路に費やされるのは、そのような経路に沿って伝播することによるものです 最短時間すべての可能なオプションの。

光の屈折の法則

私たちがすでに知っているように、光は真空だけでなく、他の透明な媒体でも伝搬できます。 この場合、光は経験します 屈折。密度の低い媒体から密度の高い媒体に移動するとき、屈折中の光線は、入射点に引かれた垂線に押し付けられ、密度の高い媒体から密度の低い媒体に移動するときは、その逆です。垂直から。

屈折には 2 つの法則があります。

入射光線、屈折光線、および入射点に引いた垂線は同じ平面にあります。

2. 入射角と屈折角の正弦の比は、屈折率の逆比に等しくなります。

シン・ア = n2

シン グ n1

興味深いのは、三面プリズムを通る光線の通過です。 この場合、いずれの場合も、プリズムを通過した後のビームには元の方向からのずれがあります。

透明体が異なれば、屈折率も異なります。 気体の場合は、1 とほとんど変わりません。 圧力が増加すると、圧力が増加するため、ガスの屈折率も温度に依存します。 火から立ち上る熱気を通して遠くの物体を見ると、遠くにあるすべてが揺れるもやのように見えることを思い出してください。 液体では、屈折率は液体自体だけでなく、液体に溶解している物質の濃度にも依存します。 以下は、いくつかの物質の屈折率の小さな表です。

光の全反射。

光ファイバー

空間を伝搬する光線は、可逆性という性質を持っていることに注意してください。 これは、ビームが空間内のソースからどの経路に沿って伝播するかを意味し、ソースと観測点が交換された場合、ビームは同じ経路をたどります。

光のビームが、光学的に密度の高い媒体から光学的に密度の低い媒体に伝播することを想像してください。 次に、屈折の法則に従って、屈折中に垂線から外れて出なければなりません。 光学的に密度の高い媒体、たとえば水中に配置された点光源から放射される光線を考えてみましょう。

この図から、最初のビームが界面に垂直に入射していることがわかります。 この場合、元の方向からのビームはずれません。 多くの場合、そのエネルギーはインターフェースから反射され、ソースに戻されます。 彼の残りのエネルギーは消えます。 残りの光線は部分的に反射され、部分的に消えます。 入射角が大きくなると、屈折の法則に対応する屈折角も大きくなります。 しかし、入射角が、屈折の法則に従ってビームの出射角度が 90 度になるような値をとる場合、ビームは表面にまったく到達しません。ビーム エネルギーの 100% すべてが反射されます。インターフェイス。 これよりも大きな角度でインターフェースに入射する他のすべての光線は、インターフェースから完全に反射されます。 このコーナーは 制限角度、と呼ばれる現象 全反射。つまり、 この場合完全な鏡として機能します。 真空または空気との境界の制限角度の値は、次の式で計算できます。

罪 apr = 1/nここ nは密度の高い媒質の屈折率です。

全反射の現象は、さまざまな光学デバイスで広く使用されています。 特に、水中の溶解物質の濃度を測定する装置（屈折計）に使用されます。 そこでは、全反射の限界角度が測定され、それによって屈折率が決定され、次に溶解物質の濃度が表から決定されます。

全反射の現象は、光ファイバーで特に顕著です。 下の図は、1 つのファイバーグラスの断面を示しています。

細いガラス繊維を取り、端の 1 つに光のビームを発射しましょう。 ファイバーは非常に細いため、ファイバーの端に入射するビームは、制限角度を大幅に超える角度で側面に落ち、完全に反射されます。 したがって、入射ビームは側面から繰り返し反射され、損失がほとんどまたはまったくない状態で反対側の端から出ます。 外見は、ファイバーの反対側の端が明るく光っているように見えます。 さらに、グラスファイバーがまっすぐである必要はまったくありません。 好きなように曲げることができ、曲げがファイバーを通る光の伝搬に影響を与えることはありません。

この点で、科学者たちはアイデアを思いつきました.1つの繊維ではなく、たくさんの繊維をとったらどうなるでしょうか。 しかし同時に、バンドル内のすべてのファイバーが厳密に相互に整列し、バンドルの両側ですべてのファイバーの端が同じ平面にあることが必要です。 同時に、レンズを使用してバンドルの一端に画像を適用すると、各ファイバーが個別に画像の小さな粒子をバンドルの反対側の端に送信します。 全体として、バンドルの反対側の端にあるファイバーは、レンズによって作成されたのと同じ画像を再現します。 また、画像は自然光になります。 したがって、デバイスが作成され、後で名前が付けられました 線維胃鏡. この装置を使えば、胃の内表面を検査することができます。 外科的介入. 胃内視鏡を食道から胃に挿入し、胃の内面を調べます。 原理的には、胃だけでなく他の臓器も内部から検査できます。 このデバイスは、医療だけでなく、アクセスできない領域を検査するためにさまざまな技術分野で使用されています。 同時に、ハーネス自体にはあらゆる種類の曲がりがありますが、この場合、画質にはまったく影響しません。 このデバイスの唯一の欠点は、画像のラスター構造です。つまり、画像は個々のドットで構成されています。 画像をより鮮明にするためには、ガラス繊維をさらに多くする必要があり、ガラス繊維はさらに細くする必要があります。 そして、これはデバイスのコストを大幅に増加させます。 しかし、技術力のさらなる発展に伴い、 この問題すぐに解決されます。

レンズ

まずはレンズから見ていきましょう。 レンズは 透明体 2 つの球面、または球面と平面のいずれかによって境界付けられます。

レンズの断面を考えてみましょう。 レンズは通過する光線を曲げます。 レンズを通過した後、ビームが一点に集まる場合、そのようなレンズは呼ばれます 集めています。入射平行光ビームがレンズを通過した後に発散する場合、そのようなレンズは呼ばれます 散乱。

収束および発散レンズとその 慣習:

この図から、レンズに平行に入射するすべての光線が一点に収束することがわかります。 この点を 集中(ふ) レンズ。 焦点からレンズ自体までの距離を 焦点距離レンズ。 メートル単位の SI 単位で測定されます。 しかし、レンズを特徴付ける別の単位があります。 この値は屈折力と呼ばれ、焦点距離の逆数であり、 視度. (DP）。 文字で表記 D. D = 1/F。収束レンズの場合、光パワー値にはプラス記号が付きます。 レンズが拡張オブジェクトから反射された光にさらされる場合、オブジェクトの各要素は、焦点を通過する平面に画像の形式で表示されます。 これで画像が反転します。 このイメージは光線自体によって作成されるため、次のように呼び出されます。 有効。

この現象は、最近のカメラで使用されています。 実際の画像は写真フィルムで作成されます。

発散レンズは、収束レンズとは逆の働きをします。 平行な光線が法線に沿って当たると、レンズを通過した後、すべての光線がレンズの反対側にある架空の点から出てくるように、光線は発散します。 この点は仮想焦点と呼ばれ、焦点距離はマイナス記号で表されます。 したがって、 光パワーこのようなレンズも視度で表されますが、その値はマイナス記号で表されます。 発散レンズを通して周囲のオブジェクトを見ると、レンズを通して見えるすべてのオブジェクトのサイズが縮小されて表示されます。

光は私たちの生活の重要な部分です。 それがなければ、私たちの惑星での生活は不可能です。 同時に、光に関連する多くの現象は、今日、電気製品の製造から宇宙船まで、人間の活動のさまざまな分野で活発に使用されています。 物理学における基本的な現象の 1 つは、光の反射です。

光の反射

光の反射の法則は学校で勉強します。 彼について知っておくべきことなど 有用な情報私たちの記事はあなたに伝えることができます。

光に関する知識の基礎

原則として、物理的な公理は、自宅で簡単に観察できる視覚的な症状を持っているため、最も理解しやすいものの1つです。 光の反射の法則は、光線が異なる表面に衝突すると方向が変わる状況を意味します。

ノート！ 屈折の境界は、波長などのパラメータを大幅に増加させます。

光線の屈折中に、そのエネルギーの一部が一次媒体に戻ります。 光線の一部が別の媒体に浸透すると、それらの屈折が観察されます。
これらすべての物理現象を理解するには、関連する用語を知っておく必要があります。

• 物理学における光エネルギーの流れは、2 つの物質間の界面に当たると落下するものとして定義されます。
• 特定の状況で一次媒体に戻る光のエネルギーの一部は、反射と呼ばれます。

ノート！ 反射規則にはいくつかの定式化があります。 どのように定式化しても、反射光線と入射光線の相対的な位置を表します。

• 入射角。 これは、メディア境界の垂線とそれに入射する光との間に形成される角度を指します。 これは、ビームの入射点で決定されます。

ビーム角

• 反射角。 これは、反射されたビームと、その入射点で復元された垂線との間に形成されます。

さらに、光は均一な媒質内を直線的にのみ伝搬できることを知っておく必要があります。

ノート！ 異なる媒体は、異なる方法で光放射を反射および吸収できます。

これが反射係数の由来です。 これは、物体や物質の反射率を特徴付ける値です。 これは、光束によって媒体の表面にもたらされる放射の量が、媒体から反射されるエネルギーになることを意味します。 この比率は、次のような多くの要因によって異なります。 最高値放射組成と入射角を持っています。
光線が反射面を持つ物質や物体に当たると、光束の完全な反射が観察されます。 たとえば、ビームがガラス、液体水銀、または銀に当たると、ビームの反射が観察されます。

小さな歴史的小旅行

光の屈折と反射の法則は、早くも 3 世紀に形成され体系化されました。 紀元前 e. それらは Euclid によって設計されました。

この物理現象に関連するすべての法則 (屈折と反射) は実験的に確立されており、ホイヘンスの幾何学的原理によって簡単に確認できます。 この原理によれば、擾乱が到達する可能性のある媒体の任意の点が、二次波の発生源として機能します。
今日存在する法律を詳しく見てみましょう。

法律はすべての基本

光束の反射の法則は、ある媒体から別の媒体に向けられた光がそのセクションで部分的に戻される物理現象として定義されます。

界面での光の反射

人間のビジュアル アナライザーは、光源からのビームが眼球に入った瞬間に光を観察します。 身体が光源として機能しない状況では、ビジュアル アナライザーは、身体から反射された別の光源からの光線を認識することができます。 この場合、物体の表面に入射する光放射は、そのさらなる伝播の方向を変えることができます。 その結果、光を反射するボディが光源として機能します。 反映されると、ストリームの一部は最初に送信された最初のメディアに戻ります。 ここで、それを反映する身体は、すでに反映された流れの源になります。
この物理現象にはいくつかの法則があります。

• 最初の法則は次のように述べています。反射ビームと入射ビームは、媒体間の界面と光束の復元された入射点に現れる垂線とともに、同じ平面に配置する必要があります。

ノート！ これは、平面波が物体または物質の反射面に入射することを意味します。 その波面は縞模様です。

第一法則と第二法則

• 第二法。 その定式化は次のとおりです。光束の反射角は入射角に等しくなります。 これは、それらが互いに垂直な側面を持っているためです。 三角形の平等の原則を考慮に入れると、この平等がどこから来るのかが明らかになります。 これらの原理を使用すると、これらの角度が、光線の入射点で 2 つの物質の分離の境界で復元された、描かれた垂線と同じ平面内にあることを簡単に証明できます。

光物理学におけるこれら 2 つの法則は基本的なものです。 また、逆運動するビームにも有効です。 ビームエネルギーの可逆性の結果として、以前に反射されたものの経路に沿って伝播する流れは、入射したものの経路と同様に反射されます。

反射の法則の実践

この法律の実際の実施を検証することは可能です。 これを行うには、細いビームを反射面に向ける必要があります。 この目的には、レーザーポインターが最適です。 普通の鏡.

実際の法律の効果

ミラーにレーザー ポインターを向けます。 結果として レーザー光線鏡から跳ね返ってさらに伝播する 与えられた方向. この場合、入射ビームと反射ビームの角度は、それらを通常の角度から見ても等しくなります。

ノート！ このような表面からの光は、鈍角で反射され、表面に十分近い位置にある低い経路に沿って伝播します。 しかし、ほぼ垂直に落ちるビームは、鋭角に反射されます。 同時に、そのさらなる経路は落下経路とほぼ同じになります。

ご覧のとおり、 キーポイント このルール角度は、光束の入射点で表面に垂線から測定する必要があるという事実です。

ノート！ この法則は、光だけでなく、あらゆる種類の電磁波 (マイクロ波、ラジオ、X 線波など) にも従います。

拡散反射の特徴

多くのオブジェクトは、その表面に入射する光放射のみを反射できます。 明るい物体は、表面がさまざまな方向に光を反射および散乱するため、さまざまな方向からはっきりと見えます。

拡散反射

この現象を拡散（拡散）反射と呼びます。 この現象は、放射線がさまざまな粗い表面に当たると形成されます。 彼のおかげで、私たちは光を発する能力を持たない物体を区別することができます。 光放射の散乱がゼロに等しい場合、これらのオブジェクトを見ることができなくなります。

ノート！ 拡散反射は人に不快感を与えません。

不快感がないことは、世界のすべてではないという事実によって説明されます。 ルールの上、プライマリ環境に戻ります。 しかも、このパラメータ 異なる表面異なります：

• 雪の近く - 放射の約 85% が反射されます。
• ホワイトペーパーの場合 - 75%;
• 黒とベロアの場合 - 0.5%。

反射が粗い表面から来る場合、光はランダムに互いの方向に向けられます。

ミラーリング機能

光放射の鏡面反射は、前述の状況とは異なります。 これは、流れが特定の角度で滑らかな表面に落ちた結果、それらが同じ方向に反射されるという事実によるものです。

ミラー反射

この現象は普通の鏡で簡単に再現できます。 鏡を向けると 太陽の光、優れた反射面として機能します。

ノート！ に 鏡面帰属することができます 全線電話 たとえば、このグループにはすべての滑らかな光学オブジェクトが含まれます。 しかし、これらのオブジェクトの不規則性や不均一性のサイズなどのパラメーターは、1 ミクロン未満になります。 光の波長は約1μmです。

このようなミラー反射面はすべて、前述の法則に従います。

テクノロジーにおける法の利用

今日、曲面反射面を備えたミラーまたはミラーオブジェクトは、テクノロジーでよく使用されます。 これらはいわゆる球面鏡です。
このようなオブジェクトは、球形のセグメントの形状を持つボディです。 そのような表面は、光線の平行性の違反によって特徴付けられます。
の上 この瞬間球面ミラーには次の 2 種類があります。

• 凹面。 それらは、球セグメントの内面からの光放射を反射することができます。 反射すると、光線はここで一点に集められます。 したがって、彼らはしばしば「採集者」とも呼ばれます。

凹面鏡

• 凸。 このようなミラーは、外面からの放射の反射によって特徴付けられます。 この間、側面への分散が発生します。 このため、このようなオブジェクトは「散乱」と呼ばれます。

凸面鏡

この場合、光線の動作にはいくつかのオプションがあります。

• 表面にほぼ平行に燃えている。 この状況では、表面にわずかに接触するだけで、非常に鈍角で反射されます。 その後、彼はかなり低い軌道をたどります。
• 後退すると、光線は鋭角に反発します。 この場合、上で述べたように、反射ビームは入射ビームに非常に近い経路をたどります。

ご覧のとおり、法律はすべての場合に満たされています。

結論

光放射の反射の法則は、基本的な物理現象であるため、私たちにとって非常に重要です。 彼らはで広いアプリケーションを発見しました さまざまな分野人間の活動。 光学の基礎の研究はで行われます 高校という基礎知識の重要性を改めて実感させられました。

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表面光ビーム (図 3.1) (`vecS_1` - 入射ビームに沿ったベクトル)。 光線が平面に接する点「O」で、平面に構築します 外部の法線 vecN (つまり、垂直) であり、最後に、光線 vecS_1 と法線 vecN を介して平面 'P' を描画します。 この飛行機の名前は 入射面. 選択した表面がどのような物質で構成されていても、入射放射線の一部は反射されます。 反射ビーム「vecS_2」はどの方向に行くのか？

たとえば、右または左に入射面からずれていると奇妙になります。結局のところ、この平面の両側の空間の特性は同じです。 幸いなことに、これは起こりません。

鋭角光線「vecS_1」と外向きの法線「vecN」の間の角度を入射角と呼びます。 このコーナーを記号「varphi_1」で表しましょう。 反射光線「vecS_2」と法線 (「varphi_2」とします) によって形成される鋭角は、反射角と呼ばれます。 多くの観察と測定により、次の幾何光学の仮説を定式化することができます。

仮定 3

入射光線「vecS_1」、法線「vecN」、および反射光線「vecS_2」は常に、入射面と呼ばれる同じ平面にあります。 反射角は入射角に等しい、つまり

`varphi_2=varphi_1`. (3.1)

もう1つ定義を紹介しましょう。 平面ミラーに入射するビームとミラーから反射されるビームの連続によって形成される角度「デルタ」は、偏向角と呼ばれます。 偏向角は常に `180^@` 以下です。 偏角の概念は、より広く解釈することができます。 以下では、これを任意の光学系に入射する光線とこの光学系から出る光線の連続によって形成される角度と呼びます。

平面鏡に入射するビームの偏向角度を決定します。 入射角 `varphi_1=30^@`。

入射光線と反射光線によって形成される角度「アルファ」は、入射角度と反射角度の合計、つまり「アルファ = 60^@」に等しくなります。 「アルファ」角度と「デルタ」角度は隣接しています。 したがって、

`delta=180^@-60^@=120^@`.

入射する放射のほとんどすべてを反射する滑らかな表面は、鏡面と呼ばれます。 ここで疑問が生じます: なぜ「すべて」ではなく「ほとんどすべて」なのか? 答えは簡単です。 完璧な鏡自然界には存在しません。 たとえば、日常生活で目にする鏡は、入射光の最大「90%」を反射し、残りの「10%」は部分的に透過し、部分的に吸収します。

最新のレーザーは、放射線の「99%」以上を反射するミラーを使用しています (ただし、スペクトルのかなり狭い領域ですが、これについては 11 年生のときに説明します)。 そのような鏡の製造のために、科学理論全体が開発され、特別な生産が組織されました。

純粋な透明な水は、その表面に入射する放射線の一部も反射します。 光が表面の法線に沿って落下すると、入射放射線のエネルギーの「2%」弱が反射されます。 入射角が大きくなると、反射される放射の割合が増加します。 `90^@` に近い入射角 ( スライディングフォール)、入射エネルギーのほぼすべての「100%」が反射されます。

もう 1 つの質問に簡単に触れましょう。 完全に滑らかな表面はありません。 十分なとき 高倍率ミラーの表面には、マイクロクラック、チップ、不規則性が見られ、その平面はミラーの平面に対して傾斜しています。 凹凸が多いほど、鏡の中の物体の反射は鈍く見えます。 表面白 論文を書く微視的な不規則性が非常に多く点在しているため、実質的に鏡面反射はありません。 そのような表面は反射すると言われています びまん性に 、つまり、紙の表面のさまざまな小さな領域がさまざまな方向に光を反射します。 しかし、そのような表面はからはっきりと見えます 別の場所. 一般に、ほとんどの物体は光を乱反射します。 スクリーンには拡散反射面を採用。

ただし、紙から明るいオブジェクトの鏡像を取得することは可能です。 これを行うには、紙の表面をほぼその表面に沿って見る必要があります。 白熱電球または太陽の反射を観察するのが最善です。 この実験をしてください！

平面鏡である点「S」の画像を作成するときは、次のように使用する必要があります。 少なくとも,二 任意ビーム. 施工方法は図から明らかです。 3.2. 実用的な観点から、光線の 1 つ (図では光線 1) をミラーの平面の法線に沿わせると便利です。

反射光線の交差の結果として得られるオブジェクトの画像を呼び出すのが通例です。 有効、そしてこれらの光線の連続を反対方向に精神的に交差させることによって得られる画像 - 架空の. したがって、「S_1」は、平面ミラー内のソース「S」の虚像です (図 3.2)。

例 3.1

バルブ 電気スタンドは、テーブルの表面から l_1=0.6 m、天井から l_2=1.8 m の距離にあります。 電球のフィラメントは、点光源と見なすことができます。 テーブルの上には、辺が「5」cm、「6」cm、「7」cmの三角形の形をした平らな鏡の断片があります（図3.3）。

1) 鏡が映し出す電球のフィラメントの像は、天井からどのくらいの距離にありますか?

2) 天井の鏡の破片から得られた「うさぎ」の形と寸法を見つけてください (MIPT, 1996)。

タスクの意味を説明する図を描いてみましょう (図 3.3)。 次の 2 点に注意してください。

a) 鏡は、ランプから任意の距離にあるテーブルの上にあります。

b) 画像は、ミラーの平面と一致する平面から「反射」された任意の光線 (たとえば、光線 `3^"` および `4^"`) を使用して構築できます。 「SC=CS_1」、つまり「L_3=L_1」であることを示すのは簡単です。 したがって、距離

`x=2L_1+L_2=>x=2*0.6+1.8=3` m.

「バニー」の形状とサイズを決定するには、画像「S_1」から「発する」光線を考慮すると便利です。 鏡の平面と天井が平行なので、「うさぎ」の形は鏡に似た形になります。 類似係数を求めましょう。 鏡の一辺の長さを h 、それに対応する「うさぎ」の一辺の長さを H とすると、比率は次のように書けます。

`h/H=L_3/x=(0.6 "m")/(3 "m")=1/5=>H=5h`.

したがって、「うさぎ」の辺の長さは、それぞれ「25」cm、「30」cm、「35」cm です。

例 3.2

最初の部屋では、テーブルの上に花「(F)」があり、ドアの近くの壁に掛けられた鏡「(M)」「(D)」があります。 Malvina `(G)` は隣の部屋にいます (図 3.4)。 正しい文を選びなさい。

A. 彼女の立場からは、鏡に映る花の「(F)」の想像上のイメージを見ることはできません。

B. 自分の場所から、マルヴィナは鏡に映った自分の姿を見ることができます。

V. 彼の立場から、マルヴィナは鏡を見ることができない 実際の画像花`(F)`。

説明図を作ってみましょう（図3.5）。 これを行うために、花のイメージ `F^"` を作成します。これは想像上のものです。

直線 `F^"G` は障害物に遮られていないため、Malvina は架空の花 `(F^")` を見ることができます。 したがって、答え A は正しくありません。 彼女は自分のイメージを見ることができません。 したがって、答え B も有効ではありません。 花のイメージは想像上のものであるため、マルビナは花の実像を見ることができません。

正解はBです。