Номер 4, страница 103 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

4. Каков физический смысл относительного и абсолютного показателей преломления?

4. Каков физический смысл относительного и абсолютного показателей преломления?

Решение:

Показатель преломления — это безразмерная физическая величина, которая характеризует оптические свойства среды. Различают абсолютный и относительный показатели преломления.

Абсолютный показатель преломления

Абсолютный показатель преломления ($n$) — это характеристика конкретной среды. Он показывает, во сколько раз скорость распространения света в вакууме ($c$) больше скорости распространения света в данной среде ($v$).

Он рассчитывается по формуле:

$n = \frac{c}{v}$

где $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с — скорость света в вакууме.

Так как скорость света в любой среде не может превышать скорость света в вакууме ($v \le c$), абсолютный показатель преломления всегда больше или равен единице ($n \ge 1$). Для вакуума $n = 1$. Для воздуха $n \approx 1.00029$, поэтому в большинстве расчетов его принимают равным 1.

Физический смысл абсолютного показателя преломления заключается в том, что он является мерой оптической плотности среды. Чем больше значение $n$, тем медленнее распространяется свет в веществе и тем сильнее он преломляется при входе в эту среду из вакуума (или воздуха).

Относительный показатель преломления

Относительный показатель преломления ($n_{21}$) характеризует изменение скорости света при его переходе из одной среды (с абсолютным показателем преломления $n_1$) в другую (с абсолютным показателем $n_2$).

Он определяется как отношение абсолютных показателей преломления этих двух сред:

$n_{21} = \frac{n_2}{n_1}$

Учитывая, что $n_1 = c/v_1$ и $n_2 = c/v_2$, относительный показатель преломления также равен отношению скоростей света в первой и второй средах:

$n_{21} = \frac{v_1}{v_2}$

Физический смысл относительного показателя преломления заключается в том, что он показывает, во сколько раз скорость света в первой среде отличается от скорости света во второй. Эта величина напрямую связана с углом преломления через закон Снеллиуса: $\frac{\sin\alpha}{\sin\gamma} = n_{21}$, где $\alpha$ — угол падения, а $\gamma$ — угол преломления.

Ответ: Физический смысл абсолютного показателя преломления ($n$) — он показывает, во сколько раз скорость света в среде меньше скорости света в вакууме. Физический смысл относительного показателя преломления ($n_{21}$) — он показывает, во сколько раз скорость света в первой среде отличается от скорости света во второй среде.

5. Как определяют показатель преломления стекла?

Решение:

Один из наиболее распространенных лабораторных методов определения показателя преломления стекла основан на наблюдении за преломлением светового луча, проходящего через плоскопараллельную стеклянную пластину.

Для эксперимента понадобится: стеклянная пластина, лист бумаги, карандаш, линейка, транспортир и несколько булавок.

Порядок действий:

1. На лист бумаги помещают стеклянную пластину и обводят ее контур.

2. Проводят линию, изображающую падающий луч, под некоторым углом к одной из граней пластины. На этой линии закрепляют две булавки.

3. Глядя сквозь пластину с противоположной стороны, располагают еще две булавки так, чтобы все четыре булавки визуально оказались на одной прямой линии. Эти две новые булавки отмечают ход луча, вышедшего из пластины.

4. Убирают пластину и проводят линии через отметки от булавок: одна линия — падающий луч, другая — вышедший луч. Соединив точку входа луча в стекло с точкой выхода, получают преломленный луч внутри стекла.

5. В точке падения луча на стекло восстанавливают перпендикуляр (нормаль) к поверхности.

6. С помощью транспортира измеряют угол падения $\alpha$ (угол между падающим лучом и нормалью) и угол преломления $\gamma$ (угол между преломленным лучом и нормалью).

7. Показатель преломления стекла ($n_{ст}$) вычисляют на основе закона преломления света (закона Снеллиуса) для границы "воздух-стекло":

$n_{в} \cdot \sin\alpha = n_{ст} \cdot \sin\gamma$

Так как показатель преломления воздуха $n_{в}$ очень близок к 1, его можно принять за единицу. Тогда формула для расчета показателя преломления стекла упрощается:

$n_{ст} = \frac{\sin\alpha}{\sin\gamma}$

Измерив углы $\alpha$ и $\gamma$ и подставив их значения в формулу, находят искомое значение показателя преломления стекла.

Ответ: Показатель преломления стекла определяют экспериментально, пропуская через стеклянную пластину луч света, измеряя углы падения и преломления, и затем рассчитывая их отношение синусов по формуле $n = \frac{\sin\alpha}{\sin\gamma}$.