Эксперимент в классе, страница 250 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Используя лабораторный комплект по оптике – пластину полуцилиндрической формы, выясните, как луч света изменяет свое направление при прохождении границ двух сред; при каком условии исчезает преломленный луч.

Как луч света изменяет свое направление при прохождении границ двух сред

При прохождении границы раздела двух прозрачных сред (в данном случае, из воздуха в материал полуцилиндра или обратно) луч света изменяет свое направление. Это явление называется преломлением света. Оно возникает из-за того, что скорость распространения света в разных средах различна. Направление луча описывается законом преломления света (законом Снеллиуса):

$$n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\gamma$$

где $n_1$ – показатель преломления первой среды, из которой падает луч; $n_2$ – показатель преломления второй среды; $\alpha$ – угол падения (угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела сред); $\gamma$ – угол преломления (угол между преломленным лучом и перпендикуляром).

Существует два основных случая:

1. Луч переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (например, из воздуха в пластик, $n_1 < n_2$). В этом случае угол преломления меньше угла падения ($\gamma < \alpha$), и луч отклоняется, приближаясь к перпендикуляру.

2. Луч переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (из пластика в воздух, $n_1 > n_2$). В этом случае угол преломления больше угла падения ($\gamma > \alpha$), и луч отклоняется, удаляясь от перпендикуляра.

Ответ: При прохождении границы двух сред луч света изменяет свое направление (преломляется). Если свет переходит в оптически более плотную среду, он приближается к перпендикуляру, восстановленному в точке падения; если в оптически менее плотную – удаляется от него. Это изменение направления подчиняется закону Снеллиуса.

При каком условии исчезает преломленный луч

Преломленный луч исчезает при явлении, которое называется полное внутреннее отражение. Это явление может наблюдаться только при выполнении двух условий:

1. Свет должен распространяться из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (например, из пластины полуцилиндра в воздух, то есть $n_1 > n_2$).

2. Угол падения $\alpha$ должен превышать определенное значение, называемое предельным (или критическим) углом полного внутреннего отражения $\alpha_{кр}$.

Когда свет переходит из более плотной среды в менее плотную, угол преломления $\gamma$ всегда больше угла падения $\alpha$. При увеличении угла падения $\alpha$, угол преломления $\gamma$ также растет, и при некотором значении $\alpha = \alpha_{кр}$ угол преломления достигает $90^\circ$. В этом случае преломленный луч скользит вдоль границы раздела сред. Предельный угол определяется из закона Снеллиуса, подставляя $\gamma=90^\circ$:

$$n_1 \sin\alpha_{кр} = n_2 \sin 90^\circ$$

$$\sin\alpha_{кр} = \frac{n_2}{n_1}$$

Если угол падения становится больше предельного ($\alpha > \alpha_{кр}$), преломление света прекращается, и весь световой луч полностью отражается от границы раздела обратно в первую (оптически более плотную) среду.

Ответ: Преломленный луч исчезает, когда свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, и угол падения луча на границу раздела сред превышает предельный угол полного внутреннего отражения. В этом случае происходит явление полного внутреннего отражения, и свет не выходит во вторую среду.