Номер 1, страница 185 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

1. В чём заключается явление полного внутреннего отражения света?

1. Явление полного внутреннего отражения света — это оптический феномен, при котором световой луч, падающий на границу раздела двух прозрачных сред, не преломляется, а полностью отражается обратно в первую среду. Это явление наблюдается только при выполнении двух обязательных условий.

Условие 1: Направление распространения света

Свет должен переходить из оптически более плотной среды в оптически менее плотную. Оптическая плотность среды характеризуется её абсолютным показателем преломления $n$. Таким образом, показатель преломления первой среды $n_1$ должен быть больше показателя преломления второй среды $n_2$:

$n_1 > n_2$

Примеры таких переходов: из воды ($n \approx 1,33$) в воздух ($n \approx 1$); из стекла ($n \approx 1,5$) в воду.

Условие 2: Угол падения

Угол падения света $\alpha$ на границу раздела сред должен превышать определённое значение, называемое предельным (или критическим) углом полного внутреннего отражения $\alpha_{пр}$:

$\alpha > \alpha_{пр}$

Объяснение на основе закона преломления

Согласно закону преломления света (закону Снеллиуса), соотношение между углом падения $\alpha$ и углом преломления $\beta$ описывается формулой:

$n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$

Поскольку $n_1 > n_2$, из этого уравнения следует, что $\sin \beta = \frac{n_1}{n_2} \sin \alpha > \sin \alpha$. Это означает, что угол преломления $\beta$ всегда больше угла падения $\alpha$.

При увеличении угла падения $\alpha$ угол преломления $\beta$ также увеличивается. Существует такой угол падения, который мы называем предельным углом $\alpha_{пр}$, при котором угол преломления $\beta$ становится равным $90^\circ$. В этом случае преломлённый луч начинает скользить вдоль границы раздела двух сред.

Значение предельного угла можно найти, подставив $\beta = 90^\circ$ в закон Снеллиуса:

$n_1 \sin \alpha_{пр} = n_2 \sin(90^\circ)$

Так как $\sin(90^\circ) = 1$, получаем:

$n_1 \sin \alpha_{пр} = n_2$

Отсюда синус предельного угла равен:

$\sin \alpha_{пр} = \frac{n_2}{n_1}$

Если угол падения $\alpha$ становится больше предельного угла $\alpha_{пр}$, то для синуса угла преломления мы бы получили значение $\sin \beta = \frac{n_1}{n_2} \sin \alpha > 1$. Такое значение синуса математически невозможно. Это означает, что преломление света не происходит, и весь световой поток полностью отражается от границы раздела обратно в первую, более плотную среду, подчиняясь закону отражения (угол падения равен углу отражения).

Ответ: Явление полного внутреннего отражения света заключается в том, что световой луч, распространяющийся в оптически более плотной среде, при падении на границу с оптически менее плотной средой под углом, превышающим определённый предельный угол, не преломляется, а полностью отражается от этой границы обратно в первую среду.