Номер 3, страница 231 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава V. Геометрическая оптика. Параграф 41. Прохождение света через прозрачную пластинку и призму - номер 3, страница 231.

Условие.

3*. Трёхгранную призму изготовили из тонкого стекла так, что внутри призмы находится воздух. Затем эту призму поместили в аквариум с водой. Покажите ход луча, который падает на одну из граней (рис. 223).

Рис. 223. К заданию 3

Решение.

Решение

В данной задаче мы рассматриваем прохождение луча света через трёхгранную призму, которая заполнена воздухом и помещена в воду. Чтобы определить ход луча, необходимо применить закон преломления света (закон Снеллиуса) на каждой границе раздела двух сред. Закон преломления описывается формулой: $n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$, где $n_1$ и $n_2$ — показатели преломления первой и второй сред, а $\alpha$ и $\beta$ — углы падения и преломления соответственно.

1. Преломление на первой границе (Вода → Воздух).

Сначала луч света переходит из воды в воздух. Вода является оптически более плотной средой, чем воздух (показатель преломления воды $n_{воды} \approx 1,33$, а воздуха $n_{воздуха} \approx 1,0$). Когда свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную, он отклоняется от нормали (перпендикуляра), восстановленной в точке падения луча. Это означает, что угол преломления будет больше угла падения. Для горизонтально падающего луча, как показано на рисунке, это приводит к тому, что после преломления на первой грани луч внутри призмы будет распространяться вниз.

2. Преломление на второй границе (Воздух → Вода).

Далее луч, распространяющийся внутри призмы, достигает второй грани и выходит из воздуха обратно в воду. Теперь свет переходит из оптически менее плотной среды (воздух) в более плотную (вода). В этом случае луч света отклоняется к нормали. Это означает, что угол преломления будет меньше угла падения на вторую грань. Так как луч подходит ко второй грани, двигаясь сверху вниз, его преломление в сторону нормали вызывает отклонение луча вверх.

3. Итоговый ход луча.

В результате двух преломлений итоговое направление луча изменяется. Хотя на первой границе луч отклоняется вниз, на второй границе он отклоняется вверх, причём это второе отклонение оказывается решающим. Общий (суммарный) эффект заключается в том, что луч отклоняется вверх, в сторону вершины призмы, а не её основания. Таким образом, воздушная призма в воде действует как рассеивающая система, в отличие от обычной стеклянной призмы в воздухе, которая собирает лучи и отклоняет их к основанию.

Ниже представлен схематический ход луча через призму.

Ответ: Ход луча показан на рисунке. При входе в воздушную призму из воды луч преломляется и отклоняется вниз. При выходе из призмы обратно в воду луч снова преломляется и отклоняется вверх. Итоговое отклонение луча от первоначального направления происходит вверх, к вершине призмы.