Получение изображений в сферических зеркалах

Получение изображений в сферических зеркалах. 1) Сферические зеркала — вогнутое и выпуклое. 2) Предмет для получения изображения. 3) Просвечивающий экран.

Для получения изображений применяются сферические зеркала с фокусным расстоянием в 30—40 см с отверстием в 10—12 см. Зеркала продаются в круглой деревянной оправе, и обычно вогнутое и выпуклое бывают соединены в одной оправе, будучи сложены вместе задними сторонами (рис. 272).

Рис. 272. Сферическое зеркало

Пользоваться более короткофокусными зеркалами для классных демонстраций весьма неудобно. Для лабораторных работ еще возможно брать маленькие вогнутые зеркала с фокусным расстоянием в несколько сантиметров (менее 5); таков, например, рефлектор для киноламп; таковы зеркала, сделанные самодельно (путем серебрения или зачернения) из часовых стекол.

Для лабораторных работ со сферическими зеркалами (§ 27, 10) и с линзами (§ 36, 4—5) нужна оптическая скамья; при классной демонстрации вполне можно обойтись без нее.

Предмет (электролампу), сферическое зеркало и экран на отдельных подставках размещают на демонстрационном столе (рис. 273) и показывают следующие случаи изображения.

Рис. 273. Получение изображения при помощи сферического зеркала

Случай 1. Предмет лежит от зеркала дальше двойного фокусного расстояния (т. е. дальше геометрического центра), — изображение действительное, обратное, уменьшенное и лежит между фокусом и центром.

Предмет и его изображения не должны лежать на главной оптической оси, так как при таких условиях экран, где получается изображение, заслонял бы свет, идущий от предмета; поэтому необходимо зеркало несколько повернуть и направить отраженные лучи в сторону от падающих (рис. 274). Чтобы это отклонение во избежание сферической аберрации было невелико, приходится изображение проектировать на самый край экрана; поэтому экран не должен (хотя бы с одной стороны) иметь рамки (на рисунках 273 и 274 для удобства изображения отклонение лучей взято большое).

Рис. 274. Установка экрана в опыте со сферическим зеркалом

Случай 2. Предмет лежит между центром и фокусом — изображение действительное, обратное, увеличенное и лежит за центром.

Приходится с экраном выходить за пределы стола и проектировать изображение на самую отдаленную стену.

Случай 3. Предмет лежит между фокусом и зеркалом — изображение мнимое, прямое, увеличенное и лежит за зеркалом. В этом случае на экране нельзя получить изображение ввиду его мнимости, поэтому необходимо направить зеркало отверстием к учащимся и перед зеркалом (ближе фокуса) поместить предмет. Учащиеся увидят его изображение в зеркале; всему классу сразу увидеть это изображение нельзя, и надо зеркало поворачивать, направляя его отверстие в разные части класса (примерно достаточно трех отдельных установок). Можно также передать зеркало в руки учащимся, чтобы они индивидуально увидели свое изображение в зеркале.

Случай 4. Предмет находится в центре — изображение действительное, обратное, равное и находится также в центре.

Этот случай дает приближенный способ определения радиуса (а значит, и фокусного расстояния) зеркала. Установка сводится к отысканию таких условий, когда изображение (резкое) получается на экране, помещенном рядом с предметом (на одинаковых расстояниях от зеркала). Это расстояние предмета или экрана от зеркала и дает его радиус.

Случай 5. Предмет в фокусе — получается пучок параллельных отраженных лучей; никакого изображения нет. Случай представляет собой пример применения зеркала в качестве рефлектора.

Случай 6. На зеркало падает пучок параллельных лучей — все отраженные лучи сходятся в фокусе.

В этом случае всего лучше пользоваться солнечным светом и при помощи небольшого кусочка белой бумаги поймать на нем изображение Солнца. Таким путем мы найдем положение фокуса зеркала и получим возможность измерить его фокусное расстояние.

Если зеркало имеет достаточное отверстие (около 10—20 см), то можно продемонстрировать зажигание Солнцем тел (спички, бумаги темного цвета, лучинки, куска киноленты), помещенных в фокусе зеркала.

В этом опыте можно показать также ход пучка падающих и отраженных лучей в воздухе, применив один из приемов обнаруживания лучей в воздухе — запыление воздуха дымом или помещение белой бумаги в разных местах пучка (светлое пятнышко на бумаге будет указывать размер поперечного сечения пучка).