Номер 5, страница 210, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

5. Какие явления мы наблюдаем при прохождении света через плоскопараллельную пластинку?

При прохождении света через плоскопараллельную пластинку, то есть прозрачное тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями, мы наблюдаем комплекс явлений. Основные из них:

1. Преломление света

Это основное явление. Световой луч преломляется дважды:

- На первой границе (воздух-пластинка): луч входит из менее плотной оптической среды (например, воздуха с показателем преломления $n_1$) в более плотную (материал пластинки с показателем преломления $n_2$, где $n_2 > n_1$). При этом луч отклоняется, приближаясь к перпендикуляру (нормали), проведенному к поверхности в точке падения. Угол падения $\alpha$ и угол преломления $\beta$ связаны законом Снеллиуса: $n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$.

- На второй границе (пластинка-воздух): луч выходит из более плотной среды в менее плотную. Он снова преломляется, но теперь удаляясь от нормали. Угол падения на вторую границу равен $\beta$, а угол преломления $\gamma$. По закону Снеллиуса: $n_2 \sin\beta = n_1 \sin\gamma$.

Из этих двух уравнений следует, что $n_1 \sin\alpha = n_1 \sin\gamma$, а значит $\alpha = \gamma$. Это означает, что луч, вышедший из пластинки, параллелен лучу, упавшему на нее.

2. Боковое смещение луча

Несмотря на то, что вышедший луч параллелен падающему, он не является его продолжением. В результате двух преломлений луч смещается в сторону. Это смещение $\text{x}$ называется боковым. Величина смещения зависит от толщины пластинки $\text{d}$, угла падения $\alpha$ и показателя преломления $\text{n}$ материала пластинки. Боковое смещение можно рассчитать по формуле:

$x = d \frac{\sin(\alpha - \beta)}{\cos\beta}$

Чем больше толщина пластинки и угол падения, тем больше боковое смещение.

3. Частичное отражение

На каждой из двух поверхностей пластинки происходит не только преломление, но и частичное отражение света.

- Часть светового потока отражается от первой поверхности обратно в исходную среду.

- Часть света, прошедшего внутрь пластинки, отражается от второй (внутренней) поверхности обратно в пластинку. Этот луч может снова отразиться от первой поверхности и т.д., создавая серию ослабевающих параллельных лучей, выходящих из обеих поверхностей пластинки.

4. Поглощение света

При прохождении через вещество пластинки часть энергии световой волны поглощается материалом и превращается, как правило, в тепловую энергию. Это приводит к уменьшению интенсивности прошедшего света. Степень поглощения зависит от материала пластинки, ее толщины и длины волны света. Идеально прозрачных материалов не существует.

5. Дисперсия света

Если на пластинку падает немонохроматический свет (например, белый солнечный свет), то наблюдается явление дисперсии. Показатель преломления материала зависит от длины волны (частоты) света. Как правило, для фиолетового света ($ \lambda_{фиолет} < \lambda_{красн} $) показатель преломления больше, чем для красного ($n_{фиолет} > n_{красн}$). В результате лучи разных цветов преломляются под немного разными углами и испытывают разное боковое смещение. Белый луч на выходе из пластинки расщепляется на параллельные цветные лучи, образуя спектр. Фиолетовый луч смещается сильнее красного.

Ответ: При прохождении света через плоскопараллельную пластинку наблюдаются следующие явления: двойное преломление, приводящее к боковому смещению луча (вышедший луч параллелен падающему), частичное отражение от обеих поверхностей, поглощение света материалом пластинки, а также дисперсия, если падающий свет является немонохроматическим (например, белым).