Номер 2, страница 179 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Проведите описанные в тексте эксперименты и начертите ход лучей, отражённых от монеты и попадающих в глаз.

Решение

В основе этого явления лежит закон преломления света. Эксперимент, о котором идет речь, заключается в следующем: на дно непрозрачной чашки кладут монету. Затем наблюдатель располагается так, чтобы край чашки скрывал монету из вида. Если после этого в чашку налить воду, монета станет видимой, хотя положение глаза не изменилось.

Это происходит потому, что лучи света от монеты, проходя из воды в воздух, преломляются на границе раздела двух сред. Воздух является оптически менее плотной средой, чем вода, поэтому при переходе из воды в воздух световой луч отклоняется от перпендикуляра (нормали), проведенного к поверхности в точке падения луча. В результате изогнутый луч может обогнуть край чашки и попасть в глаз наблюдателя.

Чтобы начертить ход лучей, нужно выполнить следующую последовательность действий. Сначала изображается сечение чашки с монетой на дне (обозначим ее точкой М) и глазом наблюдателя, расположенным так, что прямая линия от монеты к глазу перекрывается краем чашки. Затем добавляется уровень воды в чашке.

Далее из точки М проводится луч света до поверхности воды в некоторой точке А. В этой точке к поверхности воды строится перпендикуляр (нормаль). Угол между падающим лучом МА и нормалью является углом падения $ \alpha $. После этого из точки А проводится преломленный луч, идущий в воздух. Угол между этим лучом и нормалью будет углом преломления $ \beta $. Согласно закону преломления Снеллиуса, $ n_{воды} \sin \alpha = n_{воздуха} \sin \beta $. Так как показатель преломления воды $ n_{воды} \approx 1,33 $ больше показателя преломления воздуха $ n_{воздуха} \approx 1 $, то угол преломления $ \beta $ будет больше угла падения $ \alpha $. Преломленный луч рисуется так, чтобы он попадал в глаз наблюдателя.

Нашему мозгу кажется, что свет распространяется прямолинейно. Поэтому наблюдатель видит не саму монету, а ее мнимое изображение. Чтобы найти положение этого изображения, необходимо продолжить преломленный луч в обратном направлении (внутрь воды) пунктирной линией. Если начертить ход еще одного луча от монеты, то точка пересечения продолжений преломленных лучей и даст положение мнимого изображения монеты (точка М'). Это изображение будет находиться выше и ближе к наблюдателю, чем реальная монета, поэтому она и становится видимой.

Ответ: Лучи света, отраженные от монеты, идут сквозь толщу воды до ее поверхности. На границе вода-воздух лучи преломляются, изменяя свое направление так, что угол преломления становится больше угла падения. В результате этого изгиба лучи попадают в глаз наблюдателя, огибая край чашки. Наблюдатель видит мнимое изображение монеты, которое находится на меньшей глубине, чем сама монета. Для построения чертежа необходимо показать, как луч от монеты преломляется на границе вода-воздух в соответствии с законом Снеллиуса ($ n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 $) и попадает в глаз. Продолжение преломленного луча в обратном направлении указывает на положение видимого (мнимого) изображения монеты.