Номер 3, страница 185 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вспомните, как идут лучи в треугольной призме (см. § 47).

Решение

Прохождение света через треугольную призму — это классический пример явлений преломления и дисперсии света. Рассмотрим этот процесс пошагово.

1. Первое преломление. Когда луч света, идущий из оптически менее плотной среды (например, воздуха), падает на первую грань призмы (сделанной из оптически более плотной среды, например, стекла), он преломляется. Согласно закону преломления света (закону Снеллиуса), луч отклоняется, прижимаясь к перпендикуляру (нормали), восстановленному в точке падения луча. Математически это выражается формулой: $n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$, где $n_1$ — показатель преломления первой среды (воздуха, $n_1 \approx 1$), $n_2$ — показатель преломления материала призмы (стекла, $n_2 > n_1$), $\alpha$ — угол падения, а $\beta$ — угол преломления. Так как $n_2 > n_1$, то $\sin \beta < \sin \alpha$, и, следовательно, $\beta < \alpha$.

2. Прохождение внутри призмы. Пройдя первую грань, луч света распространяется прямолинейно внутри призмы до тех пор, пока не достигнет второй грани.

3. Второе преломление. На второй грани призмы луч света выходит из оптически более плотной среды (стекло) в оптически менее плотную (воздух). Он снова преломляется, но на этот раз отклоняется от нормали, восстановленной ко второй грани.

В результате двух преломлений вышедший из призмы луч всегда оказывается отклоненным от своего первоначального направления. Угол между продолжением падающего луча и вышедшим лучом называется углом отклонения. Важной особенностью является то, что призма всегда отклоняет лучи к своему основанию (самой толстой части).

4. Дисперсия света. Если на призму падает не монохроматический свет (свет одной длины волны), а белый свет (например, солнечный), то наблюдается явление дисперсии. Оно заключается в том, что показатель преломления материала призмы ($n_2$) зависит от длины волны (а значит, и от цвета) света. Для большинства прозрачных веществ, включая стекло, показатель преломления больше для коротких длин волн (фиолетовый свет) и меньше для длинных (красный свет).

Из-за этой зависимости разные цвета, составляющие белый свет, преломляются под разными углами. Фиолетовый свет отклоняется на самый большой угол, а красный — на самый малый. В результате на выходе из призмы белый свет разлагается в спектр — цветную полосу, в которой все цвета радуги плавно переходят друг в друга: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Ответ: При прохождении через треугольную призму луч света преломляется дважды: на входной и выходной гранях. В результате луч отклоняется от своего первоначального направления в сторону основания призмы. Если на призму падает пучок белого света, то из-за зависимости показателя преломления от длины волны (дисперсии) он разлагается в спектр, при этом фиолетовые лучи отклоняются сильнее всего, а красные — слабее всего.