Номер 1049, страница 139 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

1049. В сосуде с водой находится полая (наполненная воздухом) призма, склеенная из стекла (рис. 112). Начертить дальнейший ход луча SA (указать лишь общий характер хода луча, не производя вычислений).

Рис. 112

Для определения дальнейшего хода луча sa необходимо проанализировать его преломление на границах раздела сред. В задаче рассматривается система, состоящая из трех сред с различными оптическими плотностями: вода, стекло и воздух. Их показатели преломления ($n$) соотносятся следующим образом: $n_{воздуха} < n_{воды} < n_{стекла}$. Приблизительные значения: $n_{воздуха} \approx 1,0$, $n_{воды} \approx 1,33$, $n_{стекла} \approx 1,5$.

Поскольку в условии просят указать лишь общий характер хода луча, можно пренебречь малой толщиной стеклянных стенок призмы и рассматривать ее как воздушную призму, помещенную в воду. Таким образом, ключевые переходы луча будут на границах вода-воздух и воздух-вода.

Ход луча можно разбить на следующие этапы:

1. Преломление на первой границе (вода → воздух).
   В точке а луч света переходит из воды в воздух, то есть из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную ($n_{воды} > n_{воздуха}$). Согласно закону преломления света, при переходе в менее плотную среду луч отклоняется от нормали (перпендикуляра) к границе раздела сред. В результате луч внутри призмы отклонится вниз, в сторону основания призмы.
2. Распространение внутри призмы (в воздухе).
   Внутри полой призмы, в однородной среде (воздухе), луч света распространяется прямолинейно до тех пор, пока не достигнет второй границы раздела.
3. Преломление на второй границе (воздух → вода).
   На выходе из призмы луч переходит из воздуха обратно в воду, то есть из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную ($n_{воздуха} < n_{воды}$). В этом случае луч света отклонится к нормали, проведенной ко второй границе раздела сред. Такое преломление также приведет к дополнительному отклонению луча вниз, в сторону основания призмы.

Таким образом, полая воздушная призма в воде действует противоположно тому, как действовала бы сплошная стеклянная призма в воздухе: она отклоняет проходящий через нее свет не к вершине, а к своему основанию.

Схематично дальнейший ход луча sa показан на рисунке:

Ответ: Луч света, пройдя через полую призму в воде, дважды преломится и в результате отклонится к основанию призмы, как показано на рисунке.