Геометрическая оптика: лучевая модель света
Главная идея: геометрическая оптика представляет свет прямыми лучами. Модель объясняет тени, отражение от зеркал и изменение направления на границе прозрачных сред.
Цели обучения
- различать светящиеся и освещённые тела;
- применять прямолинейное распространение и закон отражения;
- объяснять преломление через показатель преломления;
- строить изображение в плоском зеркале.
Источники, лучи и тени
Источник испускает свет, а освещённое тело лишь перенаправляет падающий свет. В однородной прозрачной среде лучи идут прямолинейно. Непрозрачное тело создаёт область полной тени; протяжённый источник может также образовать полутень.
Луч на рисунке — модель направления, а не материальная нить.
Отражение
Падающий луч, отражённый луч и нормаль лежат в одной плоскости. Углы измеряют от нормали: $\theta_i=\theta_r$. Плоское зеркало даёт мнимое, прямое и равное предмету изображение на таком же перпендикулярном расстоянии за зеркалом.
Преломление
На границе меняется скорость света, поэтому может измениться направление. Показатель преломления $n=c/v$, закон Снеллиуса: $n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2$. В среду с большим $n$ луч отклоняется к нормали, с меньшим $n$ — от нормали. Луч, идущий по нормали, направления не меняет.