Страница 179 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Приведите примеры явления преломления света, которые вы наблюдали в повседневной жизни.

Преломление света — это явление изменения направления светового луча при его переходе из одной оптической среды в другую (например, из воздуха в воду). Это происходит потому, что скорость света в разных средах различна. Мы постоянно сталкиваемся с этим явлением в повседневной жизни, часто даже не задумываясь о его физической природе. Вот несколько наглядных примеров.

Один из самых простых и известных примеров — это кажущийся излом ложки или соломинки для напитков, опущенной в стакан с водой. Та часть предмета, которая находится под водой, кажется смещенной или изогнутой относительно той части, что находится в воздухе. Этот оптический обман возникает из-за того, что лучи света, идущие от подводной части предмета, преломляются на границе раздела "вода-воздух". Проходя из более плотной оптической среды (воды) в менее плотную (воздух), они меняют свое направление. Наш мозг, однако, воспринимает эти лучи так, будто они распространялись по прямой, и строит мнимое изображение предмета там, где его на самом деле нет.

Ответ: Ложка или соломинка в стакане с водой кажется сломанной на границе сред из-за преломления света.

Любой водоем, будь то бассейн, река или даже просто наполненная ванна, всегда кажется мельче, чем он есть на самом деле. Этот эффект также является следствием преломления света. Световые лучи, отраженные от дна, при выходе из воды в воздух преломляются, отклоняясь от перпендикуляра к поверхности. Наблюдателю, смотрящему на водоем сверху, кажется, что лучи исходят с меньшей глубины, поэтому он видит мнимое, "приподнятое" изображение дна.

Ответ: Видимая глубина водоема меньше реальной из-за преломления световых лучей, идущих от дна к наблюдателю.

Радуга — это красивейшее атмосферное явление, полностью объясняемое законами преломления света. Она возникает, когда солнечный свет проходит через капли воды (дождя или тумана), взвешенные в атмосфере. Каждая капля работает как крошечная призма. Свет преломляется при входе в каплю и при выходе из нее. Поскольку показатель преломления воды зависит от длины волны света (то есть от его цвета), белый солнечный свет разлагается в спектр — непрерывную полосу цветов от красного до фиолетового.

Ответ: Радуга появляется в результате преломления и разложения (дисперсии) солнечного света в каплях воды.

Действие таких оптических приборов, как очки, контактные линзы, лупы и объективы фотоаппаратов, основано на явлении преломления света. В них используются линзы — прозрачные тела с криволинейными поверхностями. Проходя через линзу, параллельный пучок света преломляется и либо собирается в одной точке (у собирающей линзы), либо расходится (у рассеивающей линзы). Это позволяет изменять ход лучей нужным образом: например, для коррекции дефектов зрения, чтобы изображение фокусировалось точно на сетчатке глаза, или для получения увеличенного изображения объекта.

Ответ: Очки, лупы и другие оптические приборы используют преломление света в линзах для управления световыми лучами.

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.