Задание(практическое исследование), страница 142, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

Начертите схематический ход луча белого света через толстую стеклянную плоско-параллельную пластинку: объясните особенности прохождения луча.

Схематический ход луча белого света через толстую стеклянную плоско-параллельную пластинку

На схеме показан ход луча белого света, падающего из воздуха на стеклянную пластинку. На первой границе раздела сред "воздух-стекло" луч преломляется и распадается на составляющие цвета (явление дисперсии). Показан ход крайних лучей спектра: красного (К) и фиолетового (Ф). Внутри стекла лучи идут по разным путям. На второй границе "стекло-воздух" лучи снова преломляются и выходят в воздух параллельно первоначальному направлению.

Особенности прохождения луча

Прохождение света через плоско-параллельную пластинку характеризуется следующими особенностями:

1. Двукратное преломление. Свет преломляется дважды: при входе в пластинку (граница воздух-стекло) и при выходе из нее (граница стекло-воздух). Преломление описывается законом Снеллиуса: $ n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 $, где $ n_1 $ и $ n_2 $ — показатели преломления сред, а $ \theta_1 $ и $ \theta_2 $ — углы падения и преломления соответственно.

2. Дисперсия света. Белый свет является полихроматическим, то есть состоит из волн разной длины. Показатель преломления стекла ($ n_2 $) зависит от длины волны света ($ \lambda $). Для видимого спектра показатель преломления для фиолетового света больше, чем для красного ($ n_Ф > n_К $). Вследствие этого, согласно закону преломления ($ \sin \beta = \frac{n_1}{n_2} \sin \alpha $), фиолетовый свет преломляется под меньшим углом к нормали, чем красный свет ($ \beta_Ф < \beta_К $). Это приводит к разложению белого света в спектр при входе в пластинку.

3. Параллельность выходящего и падающего лучей. Поскольку грани пластинки параллельны, угол падения на вторую границу изнутри стекла равен углу преломления на первой границе. В результате применения закона Снеллиуса к обеим границам ($ n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta $ и $ n_2 \sin \beta = n_1 \sin \gamma $) получается, что угол выхода луча в воздух $ \gamma $ равен исходному углу падения $ \alpha $. Это означает, что все вышедшие из пластинки лучи (и красный, и фиолетовый, и все промежуточные) параллельны падающему лучу.

4. Боковое смещение луча. Несмотря на параллельность, вышедший луч не является продолжением падающего. Он смещен в боковом направлении. Величина этого смещения зависит от толщины пластинки, угла падения и показателя преломления. Из-за дисперсии боковое смещение для фиолетового света будет больше, чем для красного. В результате на выходе из толстой пластинки мы наблюдаем не просто смещенный луч, а разложенный в спектр свет.

Ответ:

При прохождении через толстую стеклянную плоско-параллельную пластинку луч белого света испытывает дисперсию, распадаясь на спектр. На выходе из пластинки лучи всех цветов оказываются параллельны направлению падающего луча, но смещены в боковом направлении. Наибольшее смещение испытывает фиолетовый свет, а наименьшее — красный. Это происходит из-за зависимости показателя преломления стекла от длины волны света и двукратного преломления на параллельных границах пластинки.