Номер 4, страница 252 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

4. В чем заключается явление полного отражения света?

В чем заключается явление полного отражения света?

Явление полного отражения света (или полного внутреннего отражения) — это оптическое явление, при котором световой луч, распространяющийся в оптически более плотной среде, при падении на границу с оптически менее плотной средой не преломляется, а полностью отражается обратно в первую среду. При этом интенсивность отраженного света практически равна интенсивности падающего света.

Для возникновения этого явления необходимо одновременное выполнение двух условий:

1. Свет должен переходить из среды с большим показателем преломления ($n_1$) в среду с меньшим показателем преломления ($n_2$), то есть должно выполняться условие $n_1 > n_2$. Например, при переходе из стекла в воздух или из воды в воздух.

2. Угол падения луча $\alpha$ на границу раздела сред должен быть больше некоторого критического значения, называемого предельным углом полного отражения $\alpha_{пр}$. То есть $\alpha > \alpha_{пр}$.

Рассмотрим это явление подробнее с помощью закона преломления света (закона Снеллиуса):

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

где $\alpha$ — угол падения, а $\beta$ — угол преломления.

Поскольку $n_1 > n_2$, из закона следует, что угол преломления $\beta$ всегда будет больше угла падения $\alpha$. При увеличении угла падения $\alpha$ угол преломления $\beta$ также будет расти, причём быстрее. Существует такой угол падения, который мы называем предельным углом $\alpha_{пр}$, при котором угол преломления $\beta$ становится равным $90^\circ$. В этом случае преломленный луч как бы "скользит" вдоль границы раздела двух сред.

Найдем значение этого предельного угла, подставив $\beta = 90^\circ$ в закон преломления:

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

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 $\alpha$ будет больше этого предельного угла ($\alpha > \alpha_{пр}$), то для синуса угла преломления мы получим математически невозможное значение: $\sin\beta = \frac{n_1}{n_2}\sin\alpha > \frac{n_1}{n_2}\sin\alpha_{пр} = \frac{n_1}{n_2} \cdot \frac{n_2}{n_1} = 1$. Синус угла не может быть больше единицы, поэтому это означает, что преломление света в данных условиях невозможно. Преломленный луч исчезает, и весь падающий свет отражается обратно в первую среду в соответствии с законом отражения (угол отражения равен углу падения).

Это явление находит широкое применение в технике, например, в волоконно-оптических линиях связи для передачи сигналов на большие расстояния с минимальными потерями, в поворотных призмах оптических приборов (биноклей, перископов), а также в световодах.

Ответ: Явление полного отражения света заключается в том, что при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную под углом падения, который превышает определённый для этих двух сред предельный (критический) угол, свет не проходит во вторую среду (не преломляется), а полностью отражается от границы раздела обратно в первую, более плотную среду.