Номер 68.7, страница 231 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 9. Оптические явления. Параграф 68. Преломление света - номер 68.7, страница 231.

Условие.

68.7 [1564] Узкий световой пучок (рис. IX-31) направлен к гладкой поверхности воды, как показано на рисунке. Начертите в тетради примерный ход пучка света, вышедшего в воздух, и постройте отражённый от поверхности воды пучок света.

Рис. IX-31

Решение.

Решение 3.

Решение 4.

Решение 5.

Решение 6.

Решение 7.

Для решения этой задачи необходимо рассмотреть два явления, которые происходят, когда световой пучок падает на границу раздела двух сред: отражение и преломление света. Мы построим ход как отраженного, так и преломленного пучков света, основываясь на соответствующих законах геометрической оптики.

Решение

Световой пучок, распространяющийся в воде, падает на гладкую поверхность раздела "вода-воздух". В точке падения пучок разделяется на два: один отражается обратно в воду, а другой преломляется и выходит в воздух.

1. Построение отражённого от поверхности воды пучка света.

   Отражение света подчиняется закону отражения. Этот закон гласит, что угол отражения $ \beta $ равен углу падения $ \alpha $. Кроме того, падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр (нормаль) к поверхности, проведённый в точке падения, лежат в одной плоскости.

   Для построения нужно:

   • В точках падения лучей на границу вода-воздух провести перпендикуляры (нормали) к этой границе.
   • Измерить угол падения $ \alpha $ — это угол между падающим лучом и нормалью.
   • Отложить от нормали в ту же среду (воду) угол отражения $ \beta $, равный углу падения.
   • Провести отражённый пучок. Так как лучи в падающем пучке параллельны, лучи в отражённом пучке также будут параллельны друг другу.

   Математически закон отражения записывается так: $ \alpha = \beta $.

2. Построение хода пучка света, вышедшего в воздух.

   Прохождение света из одной среды в другую с изменением направления называется преломлением и описывается законом преломления (законом Снеллиуса).

   Свет переходит из воды в воздух, то есть из оптически более плотной среды (показатель преломления воды $ n_1 \approx 1,33 $) в оптически менее плотную среду (показатель преломления воздуха $ n_2 \approx 1,00 $). В этом случае, согласно закону преломления, угол преломления $ \gamma $ будет больше угла падения $ \alpha $.

   Для построения нужно:

   • В тех же точках падения провести нормали.
   • Определить угол падения $ \alpha $.
   • Провести преломлённый пучок в воздухе так, чтобы угол преломления $ \gamma $ (угол между преломлённым лучом и нормалью) был больше угла падения $ \alpha $. Это означает, что пучок света при выходе в воздух отклонится от нормали.
   • Лучи в преломлённом пучке также будут параллельны друг другу.

   Математически закон преломления записывается так: $ n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\gamma $.

Примерный ход лучей, построенный согласно этим законам, показан на схеме ниже.

Ответ:

При падении светового пучка из воды на границу с воздухом происходит одновременно его отражение и преломление. Отражённый пучок возвращается в воду, при этом угол отражения равен углу падения ($ \beta = \alpha $). Преломлённый пучок выходит в воздух, отклоняясь от нормали, так как свет переходит в среду с меньшим показателем преломления, поэтому угол преломления становится больше угла падения ($ \gamma > \alpha $). Итоговый ход лучей показан на рисунке.