Номер 14, страница 81, часть 3 - гдз по физике 9 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 3. Задания для подготовки к основному государственному экзамену по физике. Вариант 1 - номер 14, страница 81.

Условие.

14. Из воздуха на поверхность воды под некоторым углом падает луч света. Под плоскопараллельным слоем воды располагается стекло. Известно, что показатель преломления стекла больше показателя преломления воды. На каком из рисунков 1–4 правильно изображён ход светового луча?

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Ответ: ___________.

Решение.

Дано:

Свет переходит последовательно из воздуха в воду, а затем из воды в стекло.
Обозначим показатели преломления сред:
$n_{воздуха}$ - показатель преломления воздуха.
$n_{воды}$ - показатель преломления воды.
$n_{стекла}$ - показатель преломления стекла.
По условию, показатель преломления стекла больше показателя преломления воды: $n_{стекла} > n_{воды}$.
Также известно, что вода оптически плотнее воздуха, а воздух имеет наименьший показатель преломления (близкий к 1).
Таким образом, справедливо соотношение: $n_{воздуха} < n_{воды} < n_{стекла}$.

Найти:

Определить, на каком из рисунков 1–4 правильно изображён ход светового луча.

Решение:

При переходе светового луча из одной среды в другую на границе раздела двух сред происходит его преломление. Направление преломленного луча определяется законом Снеллиуса: $n_1 \sin{\alpha} = n_2 \sin{\beta}$, где $n_1$ и $n_2$ — абсолютные показатели преломления первой и второй сред, $\alpha$ — угол падения, $\beta$ — угол преломления. Углы измеряются относительно перпендикуляра (нормали) к границе раздела сред, проведенного в точке падения луча.

Из этого закона следует простое правило:
- Если свет переходит из оптически менее плотной среды в более плотную (т.е. $n_1 < n_2$), то угол преломления меньше угла падения ($\beta < \alpha$), и луч отклоняется в сторону нормали.
- Если свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную (т.е. $n_1 > n_2$), то угол преломления больше угла падения ($\beta > \alpha$), и луч отклоняется от нормали.

Рассмотрим прохождение луча через каждую границу.

1. Граница "воздух — вода".
Поскольку $n_{воздуха} < n_{воды}$, свет переходит в оптически более плотную среду. Следовательно, луч должен преломиться, приблизившись к нормали. Это означает, что угол преломления в воде должен быть меньше угла падения в воздухе.
- Рисунок 1: луч преломляется к нормали. Условие выполняется.
- Рисунок 2: луч преломляется от нормали. Это неверно.
- Рисунок 3: луч преломляется к нормали. Условие выполняется.
- Рисунок 4: луч преломляется к нормали. Условие выполняется.
Таким образом, рисунок 2 является неверным.

2. Граница "вода — стекло".
По условию $n_{воды} < n_{стекла}$, поэтому свет снова переходит в оптически более плотную среду. Значит, на этой границе луч должен еще раз преломиться, снова приблизившись к нормали. Угол преломления в стекле должен быть меньше угла падения на эту границу (который равен углу преломления на границе "воздух-вода").
- Рисунок 1: на границе "вода-стекло" луч отклоняется от нормали. Это неверно.
- Рисунок 3: на границе "вода-стекло" луч отклоняется к нормали, т.е. угол в стекле меньше угла в воде. Это верно.
- Рисунок 4: на границе "вода-стекло" луч после преломления распространяется вдоль нормали (угол преломления равен 0). Такое возможно только при угле падения, равном 0. На рисунке видно, что луч падает на эту границу под ненулевым углом. Следовательно, это неверно.

Итак, единственным рисунком, который правильно отображает ход луча через обе среды, является рисунок 3. На нем луч при переходе в каждую последующую, более плотную среду, каждый раз отклоняется ближе к нормали.

Ответ: 3