Номер 5, страница 181 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Глава 7. Световые волны. Параграф 47. Законы преломления света. Обсудить в классе - номер 5, страница 181.

Условие.

Сделайте рисунок, аналогичный рисунку 7.13, для случая, когда скорость света во второй среде больше, чем в первой.

Решение.

Решение 2.

Решение

Задача просит изобразить ход светового луча при переходе из одной среды в другую в случае, когда скорость света во второй среде ($v_2$) больше, чем в первой ($v_1$).

Связь между скоростью света в среде ($v$) и абсолютным показателем преломления этой среды ($n$) выражается формулой $n = c/v$, где $c$ — скорость света в вакууме. Из условия $v_2 > v_1$ следует, что $c/v_2 < c/v_1$, а значит, показатель преломления второй среды меньше, чем у первой: $n_2 < n_1$. Это означает, что свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную.

Закон преломления света (закон Снеллиуса) связывает углы падения и преломления: $n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$, где $\alpha$ — угол падения, а $\beta$ — угол преломления. Углы отсчитываются от нормали (перпендикуляра), восстановленной в точке падения луча к границе раздела сред.

Выразим синус угла преломления: $\sin\beta = \frac{n_1}{n_2}\sin\alpha$.

Поскольку $n_1 > n_2$, отношение $\frac{n_1}{n_2} > 1$. Следовательно, $\sin\beta > \sin\alpha$. Так как углы падения и преломления находятся в диапазоне от $0^\circ$ до $90^\circ$, из этого неравенства следует, что и сам угол преломления будет больше угла падения: $\beta > \alpha$.

Таким образом, при переходе из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (то есть из среды с меньшей скоростью света в среду с большей скоростью света) преломленный луч отклоняется от нормали. Также на границе раздела сред происходит частичное отражение света, при котором, согласно закону отражения, угол отражения $\alpha'$ равен углу падения $\alpha$.

Ниже представлен рисунок, иллюстрирующий данное явление.

Рисунок. Преломление света на границе двух сред при $v_2 > v_1$.

Ответ:

При переходе света из среды, где его скорость меньше (среда 1, оптически более плотная), в среду, где его скорость больше (среда 2, оптически менее плотная), луч света преломляется таким образом, что угол преломления $\beta$ становится больше угла падения $\alpha$. Это означает, что преломленный луч отклоняется от нормали к границе раздела сред. На представленном рисунке показан ход падающего, отраженного и преломленного лучей, где $\beta > \alpha$, что соответствует условию $v_2 > v_1$ (или, что эквивалентно, $n_1 > n_2$).