Задача 32.3, страница 144 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Задача 32.3. На рисунке 32.5 показано падение луча света из воздуха на грань стеклянной призмы.

Какая из схем (рис. 32.6) в принципе правильно представляет направление луча света после преломления на границе воздух-стекло и после преломления на границе стекло-воздух?

Рис. 32.5

Решение

Для определения правильного направления луча света после прохождения через призму необходимо рассмотреть его преломление на каждой границе раздела сред (воздух-стекло и стекло-воздух) на основе закона Снеллиуса.

Преломление на границе воздух-стекло

При входе в призму луч света переходит из оптически менее плотной среды (воздух, показатель преломления $n_1$) в оптически более плотную среду (стекло, показатель преломления $n_2$). Известно, что $n_2 > n_1$. Закон преломления света гласит: $n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$, где $\alpha$ — угол падения, а $\beta$ — угол преломления. Углы отсчитываются от перпендикуляра (нормали) к грани призмы в точке падения луча.

Поскольку $n_2 > n_1$, из закона преломления следует, что $\sin\beta < \sin\alpha$, а значит, и угол преломления будет меньше угла падения ($\beta < \alpha$). Это означает, что луч света при входе в стекло отклоняется, приближаясь к нормали. Для треугольной призмы это приводит к отклонению луча в сторону ее основания.

Преломление на границе стекло-воздух

При выходе из призмы луч света переходит обратно в воздух, то есть из оптически более плотной среды (стекло, $n_2$) в оптически менее плотную (воздух, $n_1$). Пусть луч падает на вторую грань под углом $\gamma$. Тогда закон преломления для этой границы запишется как $n_2 \sin\gamma = n_1 \sin\delta$, где $\delta$ — угол, под которым луч выходит в воздух.

Так как $n_1 < n_2$, из этого соотношения следует, что $\sin\delta > \sin\gamma$, а значит, и $\delta > \gamma$. Это означает, что луч света при выходе из стекла в воздух отклоняется, удаляясь от нормали ко второй грани. Такое преломление также приводит к отклонению луча в сторону основания призмы.

Таким образом, при прохождении через призму световой луч дважды преломляется, и оба раза он отклоняется к ее более толстой части, то есть к основанию.

Ответ: Правильной является та схема, на которой луч света при входе в призму преломляется, приближаясь к нормали, а при выходе из призмы — удаляясь от нормали, в результате чего итоговый луч оказывается отклоненным к основанию призмы по сравнению с первоначальным направлением.