Номер 13, страница 23 - гдз по физике 9 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. ТЗ-11. Световые явления. Электромагнитные волны - номер 13, страница 23.

Условие.

13. Человек смотрит в чашку и не видит кусочек сахара (рис. 22). Когда в чашку наливают воду, то сахар становится видимым при том же положении головы. Объясните почему. Сделайте чертёж.

Рис. 22

Решение.

Решение

Это явление объясняется преломлением света на границе двух сред: воды и воздуха.

Когда чашка пуста, свет от кусочка сахара распространяется по прямой линии. Край чашки преграждает путь лучам, идущим от сахара к глазу наблюдателя, поэтому сахар не виден, как это показано на исходном рисунке.

Когда в чашку наливают воду, ход лучей света меняется. Свет, идущий от сахара, сначала проходит через воду (оптически более плотную среду), а затем выходит в воздух (оптически менее плотную среду), прежде чем попасть в глаз. При переходе из более плотной среды в менее плотную световой луч преломляется, то есть изменяет свое направление. Согласно закону преломления света, луч "отклоняется" от перпендикуляра (нормали) к поверхности раздела сред. В результате угол преломления $ \beta $ (угол между преломленным лучом и нормалью) становится больше угла падения $ \alpha $ (угол между падающим лучом и нормалью).

Это описывается законом Снеллиуса: $ n_1 \sin(\alpha) = n_2 \sin(\beta) $, где $ n_1 $ — показатель преломления воды (около 1,33), а $ n_2 $ — показатель преломления воздуха (около 1). Поскольку $ n_1 > n_2 $, из формулы следует, что и $ \sin(\beta) > \sin(\alpha) $, а значит $ \beta > \alpha $.

Благодаря этому преломлению, луч света от сахара как бы "огибает" край чашки и попадает в глаз наблюдателя. Нашему мозгу кажется, что свет распространялся прямолинейно, и мы видим мнимое изображение сахара. Это изображение находится на продолжении преломленного луча и располагается выше реального положения сахара. Таким образом, дно чашки и лежащий на нем сахар кажутся приподнятыми, и сахар становится видимым.

Чертёж:

Ответ: Сахар становится видимым из-за явления преломления света на границе воды и воздуха. Лучи света, идущие от сахара, из-за преломления изменяют свое направление так, что "огибают" непрозрачный край чашки и попадают в глаз наблюдателя. В результате человеку кажется, что сахар находится выше, чем на самом деле.