Задание 51, страница 208 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

Задание 51

Проделайте опыт. Наполните неглубокий сосуд водой и поставьте в него плоское зеркало под тупым углом ко дну. Осветите зеркало солнечным светом и на стене или потолке получите яркий спектр солнца. Опишите явление и объясните его.

В описанном опыте наблюдается явление дисперсии света. На стене или потолке появляется яркая радужная полоса — спектр солнечного света, в котором цвета плавно переходят друг в друга в последовательности: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Объяснение этого явления заключается в следующем. Белый солнечный свет на самом деле является сложным, то есть состоит из электромагнитных волн разной длины, которые наш глаз воспринимает как разные цвета.

Система, состоящая из слоя воды и наклонного зеркала, действует как оптическая призма. Когда луч света падает из воздуха на поверхность воды, он преломляется. Затем он отражается от зеркала и выходит из воды обратно в воздух, преломляясь еще раз.

Ключевым для объяснения является тот факт, что показатель преломления воды $n$, как и любого другого прозрачного вещества, зависит от длины волны $\lambda$ (цвета) проходящего света. Это явление и называется дисперсией. Для красного света (большая длина волны) показатель преломления воды немного меньше, чем для фиолетового света (меньшая длина волны).

Согласно закону преломления Снеллиуса $n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$, угол преломления $\beta$ зависит от показателя преломления среды $n_2$. Поскольку показатель преломления воды $n_2$ разный для разных цветов, то и углы преломления $\beta$ для них будут отличаться. Фиолетовый свет преломляется (отклоняется от первоначального направления) сильнее всего, а красный — слабее всего.

В результате двукратного преломления (на входе в воду и на выходе из нее) пучок белого света расщепляется на составляющие его цвета. Эти разделенные лучи, распространяясь далее по разным траекториям, попадают на стену в виде цветных полос, образуя непрерывный спектр.

Ответ: Наблюдаемое явление — это дисперсия света. Она состоит в разложении пучка белого света в спектр (радужную полосу) при его прохождении через преломляющую среду, в данном случае — клин воды. Причиной явления является зависимость показателя преломления воды от длины волны света ($n = f(\lambda)$), из-за чего лучи разного цвета преломляются под разными углами.