Экспериментальное задание, страница 141 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Экспериментальное задание

Пронаблюдайте за всплывающими пузырьками воздуха в аквариуме (рис. 168). При каком условии поверхность пузырьков становится зеркальной? Какое явление вы наблюдаете в этот момент? (Пузырьки воздуха можно создать, используя стакан с водой и трубку для продувания воздуха).

Рис. 168. Всплывающие пузырьки воздуха в аквариуме

При каком условии поверхность пузырьков становится зеркальной?

Поверхность пузырьков воздуха в воде становится зеркальной, когда свет, распространяющийся в воде, падает на границу раздела «вода-воздух» под достаточно большим углом. Если смотреть на пузырьки сбоку или немного снизу, то лучи света от источника (например, от лампы или окна) отражаются от поверхности пузырька и попадают в глаз наблюдателя. Чтобы поверхность стала зеркальной, этот угол падения должен превышать определенное значение, называемое предельным углом.

Ответ: Поверхность пузырьков становится зеркальной при условии, что свет, идущий из воды, падает на границу «вода-воздух» под углом, большим предельного угла полного внутреннего отражения.

Какое явление вы наблюдаете в этот момент?

В этот момент наблюдается оптическое явление, называемое полным внутренним отражением света. Оно происходит, когда свет пытается перейти из оптически более плотной среды (в данном случае — вода) в оптически менее плотную среду (воздух).

Вода имеет показатель преломления $n_1 \approx 1.33$, а воздух — $n_2 \approx 1.00$. Когда луч света падает на границу этих двух сред из воды, он преломляется. Однако если угол падения $\alpha$ превышает так называемый предельный угол $\alpha_{пр}$, луч света не может выйти в воздух и полностью отражается обратно в воду, как от идеального зеркала.

Предельный угол для пары сред «вода-воздух» рассчитывается по формуле: $ \sin(\alpha_{пр}) = \frac{n_2}{n_1} = \frac{n_{воздуха}}{n_{воды}} $

Подставив значения, получим: $ \sin(\alpha_{пр}) \approx \frac{1.00}{1.33} \approx 0.75 $

Это соответствует углу $\alpha_{пр} \approx 48.8^\circ$.

Таким образом, когда мы смотрим на пузырек под таким углом, что лучи падают на его поверхность под углом больше $48.8^\circ$, мы видим зеркальное отражение окружающих предметов в воде.

Ответ: В этот момент наблюдается явление полного внутреннего отражения света.