Номер 3, страница 180 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Направьте луч лазерной указки на поверхность воды в прозрачном сосуде и посмотрите, как он преломляется.

Если направить луч лазерной указки на поверхность воды в прозрачном сосуде, можно будет наблюдать физическое явление, называемое преломлением света.

Суть явления заключается в том, что световой луч, переходя из одной прозрачной среды (воздух) в другую (вода), изменяет направление своего распространения. Визуально это будет выглядеть так, как будто луч «ломается» на границе раздела воздух-вода.

Причина преломления — различие в скоростях распространения света в разных средах. Среды характеризуются оптической плотностью. Вода является средой оптически более плотной, чем воздух. Когда свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, его скорость уменьшается, и луч отклоняется, приближаясь к перпендикуляру, восстановленному в точке падения луча к поверхности раздела сред.

Этот процесс описывается законом преломления света (законом Снеллиуса). Давайте введем обозначения:

Падающий луч — луч лазера в воздухе до попадания на воду.

Преломленный луч — луч лазера, прошедший в воду.

Угол падения $ \alpha $ — угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности воды.

Угол преломления $ \beta $ — угол между преломленным лучом и перпендикуляром к поверхности воды.

Закон преломления гласит, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред: $ \frac{\sin \alpha}{\sin \beta} = \frac{n_2}{n_1} $ где $ n_1 $ и $ n_2 $ — абсолютные показатели преломления первой (воздух) и второй (вода) сред соответственно. Для воздуха показатель преломления $ n_1 \approx 1,00 $, а для воды $ n_2 \approx 1,33 $.

Поскольку $ n_2 > n_1 $, из закона следует, что $ \sin \alpha > \sin \beta $, а значит и $ \alpha > \beta $. Это означает, что угол преломления всегда будет меньше угла падения, когда луч света переходит из воздуха в воду. Луч действительно «прижимается» к перпендикуляру.

Стоит также отметить, что на границе раздела сред происходит не только преломление, но и частичное отражение света. Часть лазерного луча отразится от поверхности воды обратно в воздух под углом, равным углу падения, в соответствии с законом отражения света.

Чтобы лучше увидеть ход луча в воде, в нее можно добавить несколько капель молока или щепотку муки — взвешенные частицы будут рассеивать свет, делая его видимым.

Ответ: При направлении луча лазерной указки на поверхность воды луч изменит свое направление на границе раздела воздух-вода. Он преломится, причем угол преломления (угол в воде) будет меньше угла падения (угла в воздухе), так как вода является оптически более плотной средой, чем воздух.