Отражение света и плоское зеркало

Почему свет отражается

Если в задачах по оптике путаются угол падения, угол отражения и нормаль, решение быстро превращается в угадайку. Разберём тему так, чтобы ты мог уверенно строить рисунок, объяснять работу зеркала и решать задачи ОГЭ или ЕГЭ без лишних действий.

Свет распространяется прямолинейно в однородной прозрачной среде. Когда луч встречает границу двух сред или поверхность предмета, он может изменить направление. Явление возвращения света в ту же среду называют отражением света. Отражаться могут солнечные лучи от воды, свет фонаря от дороги и изображение в зеркале.

Для описания отражения используют падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к поверхности в точке падения. Этот перпендикуляр называют нормалью. Угол падения измеряют между падающим лучом и нормалью, а не между лучом и самой поверхностью.

Законы отражения

Отражение подчиняется двум законам. Первый: падающий луч, отражённый луч и нормаль к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости. Второй: угол отражения равен углу падения.

α — угол падения
β — угол отражения
\( \alpha = \beta \)

Важно: равенство относится именно к углам с нормалью. Если луч образует с поверхностью угол 30°, то с нормалью он образует 60°, потому что нормаль перпендикулярна поверхности. Значит, угол падения и угол отражения будут по 60°.

Различают зеркальное и рассеянное отражение. От гладкой поверхности параллельные лучи отражаются упорядоченно, поэтому возникает чёткое изображение. От шероховатой поверхности нормали в разных точках направлены по-разному, и свет распространяется во многих направлениях. Даже белый лист отражает свет, но не даёт зеркального изображения.

В задачах ОГЭ полезно подписывать углы прямо на рисунке, а в заданиях ЕГЭ дополнительно проверять, какая величина дана: угол с нормалью или угол с поверхностью.

Плоское зеркало и изображение

Плоское зеркало — гладкая отражающая поверхность. Оно создаёт мнимое изображение предмета. Мнимое означает, что световые лучи действительно не проходят через точку изображения, но после отражения кажутся исходящими из неё.

Изображение предмета в плоском зеркале обладает несколькими свойствами:

Свойство	Что это означает
Размер	Изображение равно предмету по высоте
Расстояние	Изображение находится за зеркалом на таком же расстоянии, как предмет перед ним
Ориентация	Верх и низ сохраняются, но меняются местами передняя и задняя стороны
Тип	Изображение мнимое и прямое

Если человек стоит в 2 м перед зеркалом, его изображение расположено в 2 м за зеркалом. Расстояние между человеком и изображением равно 4 м.

d₁ = 2 м — расстояние до зеркала
d₂ = 2 м — расстояние от зеркала до изображения
L = d₁ + d₂ = 4 м

В зеркале мы видим не «обратную» левую и правую стороны буквально, а результат симметрии относительно плоскости зеркала.

Построение лучей

Чтобы построить изображение точки в плоском зеркале, проведи из точки перпендикуляр к поверхности и отложи за зеркалом такое же расстояние. Полученная точка будет изображением. Для предмета повторяют построение для его крайних точек, а затем соединяют их.

Есть удобный способ проверить видимость точки. Проведи луч от глаза наблюдателя к предполагаемой точке изображения. В месте пересечения с зеркалом поставь точку и соедини её с настоящим предметом. Получившийся путь показывает, какой луч попадает в глаз после отражения.

Минимальная высота зеркала, в котором человек видит себя полностью, равна половине его роста. Это не зависит от расстояния до зеркала, если зеркало расположено вертикально.

H — рост человека
h — минимальная высота зеркала
\( h = H \div 2 \)

Потренировать построения и проверить себя можно в бесплатной практике в личном кабинете.

Типовая задача

Разберём задачу, где нужно найти расстояние между предметом и изображением.

Дано:
d = 1,5 м — расстояние от свечи до зеркала
Найти: L — расстояние от свечи до изображения
Решение:
Изображение в плоском зеркале находится на таком же расстоянии за зеркалом: d₂ = 1,5 м.
L = d + d₂ = 1,5 м + 1,5 м = 3 м.
Ответ: L = 3 м.

Если в условии спрашивают угол между падающим и отражённым лучами, помни: нормаль делит этот угол на две равные части. Поэтому при угле падения 35° угол между лучами равен 35° + 35° = 70°.

Если дан угол с поверхностью 20°, сначала найди угол с нормалью: 90° − 20° = 70°. Тогда угол между падающим и отражённым лучами составит 140°.

Для систематической подготовки можно открыть подборку заданий ОГЭ или материалы ЕГЭ по оптике. Решай не только вычисления, но и задания с рисунками: именно там чаще всего проверяют понимание нормали и мнимого изображения.

Что запомнить

Отражение света происходит на границе или поверхности, когда луч возвращается в прежнюю среду. Нормаль проводят перпендикулярно поверхности. Угол падения равен углу отражения, а оба угла считают от нормали.

Плоское зеркало даёт мнимое, прямое изображение, равное предмету по размеру. Изображение расположено за зеркалом симметрично предмету. Расстояние между предметом и изображением в два раза больше расстояния от предмета до зеркала.

Для построений используй два-три луча и проверяй, что они после отражения попадают в глаз наблюдателя. В задачах внимательно различай угол с нормалью и угол с поверхностью, а единицы измерения записывай сразу.

Следующий шаг простой: зарегистрируйся и реши 5 заданий бесплатно, чтобы закрепить законы отражения, построение изображения и типовые расчёты.