Номер 27.21, страница 139 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Оптические явления. 27. Преломление света - номер 27.21, страница 139.

Условие.

27.21. Что может быть скрыто за непрозрачным экраном, если световые лучи изменяют направление, как показано на рис. 153?

Рис. 153

Решение.

Решение

Проанализируем ход световых лучей, показанный на рисунке. Мы видим, что луч, движущийся слева направо и вверх, после прохождения области, скрытой экраном, продолжает двигаться слева направо, но уже вниз. Горизонтальная составляющая направления движения луча сохраняется, а вертикальная изменяется на противоположную. Такое изменение направления характерно для отражения света от горизонтальной поверхности.

Рассмотрим, какие оптические устройства могут вызывать такое отражение:

1. Плоское зеркало. Если за экраном расположить плоское зеркало горизонтально, то оно будет отражать свет в соответствии с законом отражения: угол падения равен углу отражения. Луч, падающий на зеркало снизу под некоторым углом $ \alpha $ к нормали (вертикальной линии), отразится симметрично относительно этой нормали и будет распространяться под углом $ \alpha $ к ней, но уже в другом направлении. Это в точности соответствует изменению направления, показанному на рисунке. Это наиболее простое и вероятное объяснение.

2. Прямоугольная призма. Прямоугольная равнобедренная призма может изменять направление светового луча на 90° за счет явления полного внутреннего отражения от её гипотенузной грани. Если правильно сориентировать призму, можно добиться того, чтобы луч, идущий вверх и вправо, после прохождения призмы шёл вниз и вправо. Угол между входящим и выходящим лучами на рисунке как раз похож на 90°.

3. Собирающая (вогнутая) или рассеивающая (выпуклая) линза. На первый взгляд может показаться, что за экраном находится собирающая линза, в фокусе которой лучи пересекаются. Однако при прохождении через фокус линзы изображение переворачивается. Это означает, что луч, который до фокуса был ниже главной оптической оси, после фокуса должен оказаться выше неё. На рисунке же оба луча (входящий и выходящий) находятся с одной стороны от воображаемой горизонтальной оси, что противоречит свойству линзы. Следовательно, линза не может быть правильным ответом.

4. Вогнутое или выпуклое зеркало. Кривое зеркало также может отразить луч показанным образом. В любой точке кривого зеркала отражение происходит так же, как от плоского зеркала, касательного к поверхности в этой точке. Таким образом, можно подобрать такое положение и форму зеркала, чтобы оно давало необходимое направление отраженного луча. Например, если луч попадает в вершину вогнутого зеркала, главная оптическая ось которого вертикальна.

Таким образом, за экраном может находиться любой объект, способный зеркально отражать свет от горизонтальной поверхности.

Ответ: За непрозрачным экраном может быть скрыто плоское зеркало, расположенное горизонтально. Также это может быть прямоугольная призма, использующая полное внутреннее отражение, или кривое (вогнутое или выпуклое) зеркало, расположенное определённым образом.