РУҚА
Задания № 3, 4 · ОГЭ

Законы геометрической оптики

Прямолинейное распространение, отражение и преломление света в типовых задачах
5 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

Геометрическая оптика рассматривает свет как совокупность прямолинейных лучей. В этой модели достаточно правильно построить ход светового луча, провести нормаль к поверхности и применить законы отражения или преломления.

1. Прямолинейное распространение света

В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. Однородной называют среду, свойства которой не изменяются от точки к точке. Луч света изображают прямой линией со стрелкой, показывающей направление распространения.

D
Световой луч

Световой луч — это линия, вдоль которой распространяется свет. Луч является моделью: в реальности световой пучок имеет конечную ширину.

T
Закон прямолинейного распространения

В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. Поэтому непрозрачный предмет может образовать резкую тень, если источник света мал и находится достаточно далеко.

Прямолинейность объясняет образование тени и полутени, работу камеры-обскуры и видимость предметов. Если на пути луча поставить непрозрачное тело, часть пространства за ним не получает света. При протяжённом источнике возникает полутень: одни лучи от источника закрыты, а другие достигают поверхности.

источникнепрозрачное телотень
Прямолинейные лучи от источника не проходят за непрозрачное тело.

2. Отражение света

Когда свет падает на границу двух сред и возвращается в первую среду, происходит отражение. Для описания используют нормаль — перпендикуляр к поверхности в точке падения. Угол падения отсчитывают между падающим лучом и нормалью, а угол отражения — между отражённым лучом и нормалью.

T
Закон отражения

Падающий луч, отражённый луч и нормаль к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости. Угол отражения равен углу падения: \(\alpha=\beta\).

\[\alpha=\beta\]1

Важно измерять углы именно от нормали, а не от поверхности. Если луч падает перпендикулярно зеркалу, угол падения равен \(0^\circ\), и луч возвращается по той же прямой. Плоское зеркало образует мнимое изображение: оно находится за зеркалом на таком же расстоянии, на каком предмет расположен перед зеркалом.

падающий лучотражённый лучнормальточка падениязеркало
Углы падения и отражения отсчитываются от нормали.
Микро-проверка

Луч падает на зеркало под углом \(30^\circ\) к нормали. Чему равен угол отражения?

3. Преломление света

При переходе из одной прозрачной среды в другую свет обычно меняет направление. Это явление называется преломлением. Причина — изменение скорости распространения света в среде. При переходе в оптически более плотную среду луч приближается к нормали, а при переходе в менее плотную — удаляется от неё.

Оптическая среда характеризуется показателем преломления \(n\). В вакууме и приблизительно в воздухе скорость света максимальна. В воде, стекле и других прозрачных веществах свет распространяется медленнее.

D
Показатель преломления

Показатель преломления среды — отношение скорости света в вакууме к скорости света в этой среде: \(n=\frac{c}{v}\). Чем больше \(n\), тем оптически плотнее среда.

T
Закон преломления

Падающий луч, преломлённый луч и нормаль в точке падения лежат в одной плоскости. Для двух сред выполняется закон Снеллиуса: \(n_1\sin\alpha=n_2\sin\gamma\), где \(\alpha\) — угол падения, а \(\gamma\) — угол преломления.

\[n_1\sin\alpha=n_2\sin\gamma\]2

Если свет идёт из воздуха в стекло, то \(n_2>n_1\), поэтому \(\gamma<\alpha\). Если свет выходит из стекла в воздух, то \(\gamma>\alpha\). При падении по нормали направление не изменяется, хотя скорость и длина волны меняются.

4. Алгоритм решения типовых задач

  1. Сделайте рисунок: границу сред изобразите линией, а нормаль проведите перпендикулярно границе.
  2. Отметьте направление падающего луча стрелкой и подпишите известные углы.
  3. Проверьте, от чего отсчитывается угол: от нормали или от поверхности.
  4. Для отражения используйте \(\alpha=\beta\), для преломления — \(n_1\sin\alpha=n_2\sin\gamma\).
  5. Проверьте результат: в более плотной среде угол к нормали должен уменьшиться.
№
Пример: преломление света

Луч переходит из воздуха в стекло. Угол падения равен \(30^\circ\), показатель преломления воздуха \(n_1=1\), стекла \(n_2=1{,}5\). Найдём угол преломления.

1
Записываем закон преломления.
\(\displaystyle n_1\sin\alpha=n_2\sin\gamma\)
2
Подставляем известные значения.
\(\displaystyle 1\cdot\sin30^\circ=1{,}5\cdot\sin\gamma\)
3
Используем \(\sin30^\circ=0{,}5\).
\(\displaystyle \sin\gamma=\frac{0{,}5}{1{,}5}=\frac{1}{3}\)
4
Находим угол по таблице или калькулятору.
\(\displaystyle \gamma\approx19{,}5^\circ\)
5
Проверяем смысл результата: стекло оптически плотнее воздуха, поэтому угол уменьшился.
\(\displaystyle 19{,}5^\circ<30^\circ\)
!
Частые ошибки

Не путайте угол к нормали с углом к поверхности: они в сумме дают \(90^\circ\). Не меняйте местами показатели \(n_1\) и \(n_2\): индекс 1 относится к среде, из которой выходит луч, а индекс 2 — к среде, в которую он входит. При отражении не используйте закон преломления.

Приём для рисунка

Сначала проведите нормаль, затем лучи. Так проще не перепутать углы. Если луч переходит в более плотную среду, нарисуйте его ближе к нормали; если в менее плотную — дальше от нормали.

5. Связь с практикой и экзаменационными задачами

Законы геометрической оптики применяют при объяснении работы зеркал, перископов, луп, фотоаппаратов и оптических приборов. В задачах ОГЭ часто требуется определить направление луча на рисунке, сравнить углы или выбрать верное утверждение. Иногда вместе с оптикой встречается освещённость: тогда важно отличать геометрическое направление луча от количества света, падающего на поверхность.

Для задач о распространении сигнала в воде или воздухе полезно помнить, что свет и звук подчиняются разным моделям распространения. Например, сонар использует звуковые волны, а не световые лучи; отражение звука связано с эхом.

СитуацияЧто происходит с лучомОсновное правило
Однородная средаРаспространяется прямоЗакон прямолинейного распространения
Падение на зеркалоВозвращается в первую среду\(\alpha=\beta\)
Переход в более плотную средуПриближается к нормали\(n_1\sin\alpha=n_2\sin\gamma\)
Переход в менее плотную средуУдаляется от нормали\(n_1\sin\alpha=n_2\sin\gamma\)
Q
Быстрый тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · Прямолинейное распространение
Как распространяется свет в однородной прозрачной среде?
Главное за минуту

Главное

  • В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.
  • Угол падения и угол отражения измеряют от нормали; они равны.
  • При преломлении направление луча меняется из-за изменения скорости света в среде.
  • Закон преломления: \(n_1\sin\alpha=n_2\sin\gamma\).
  • В более оптически плотной среде луч ближе к нормали, в менее плотной — дальше от неё.
  • В любой задаче сначала сделайте рисунок и проведите нормаль.