Номер 3, страница 208 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 43. Преломление света. Закон преломления света. Полное внутреннее отражение. Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны - номер 3, страница 208.

3. Как преломление света на границе раздела двух сред зависит от относительного показателя преломления?

В чём состоит явление преломления света? Приведите примеры.

Явление преломления света — это изменение направления распространения светового луча при его переходе из одной прозрачной среды в другую. Причиной этого явления является различие в скоростях распространения света в этих средах. Среда, в которой скорость света меньше, называется оптически более плотной, а среда, где скорость света больше, — оптически менее плотной. Когда свет переходит границу раздела сред под некоторым углом (отличным от нуля), его направление меняется.

Примерами преломления света в повседневной жизни служат: кажущийся излом ложки, опущенной в стакан с водой; видимое уменьшение глубины бассейна или любого другого водоема; работа различных оптических приборов, таких как очки, лупы, микроскопы и телескопы, линзы которых преломляют свет для создания изображения; образование радуги, когда солнечный свет преломляется и разлагается в спектр в каплях дождя.

Ответ: Явление преломления света заключается в изменении направления светового луча при переходе через границу двух сред с разными оптическими плотностями из-за изменения скорости света. Примеры: кажущийся излом ложки в воде, уменьшение видимой глубины водоема, работа линз, возникновение радуги.

2. Сформулируйте закон преломления света.

Закон преломления света, также известный как закон Снеллиуса или закон Снелля, устанавливает связь между углами падения и преломления света на границе двух сред. Закон формулируется в виде двух утверждений:

1. Падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр (нормаль), проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения $ \alpha $ к синусу угла преломления $ \gamma $ есть величина постоянная для двух данных сред, равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой $ n_{21} $.

Математически второе утверждение записывается в виде формулы: $ \frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n_{21} $ Относительный показатель преломления $ n_{21} $ можно выразить через абсолютные показатели преломления первой ($ n_1 $) и второй ($ n_2 $) сред: $ n_{21} = \frac{n_2}{n_1} $ Таким образом, закон преломления часто записывают в виде: $ n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \gamma $

Ответ: Закон преломления света гласит, что: 1) падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе раздела сред в точке падения лежат в одной плоскости; 2) отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная их относительному показателю преломления: $ \frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = \frac{n_2}{n_1} $.

3. Как преломление света на границе раздела двух сред зависит от относительного показателя преломления?

Направление преломления светового луча на границе раздела двух сред полностью определяется их относительным показателем преломления $ n_{21} = \frac{n_2}{n_1} $, где $ n_1 $ и $ n_2 $ — абсолютные показатели преломления первой и второй сред соответственно.

Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то $ n_2 > n_1 $, и относительный показатель преломления $ n_{21} > 1 $. В этом случае, согласно закону преломления ($ \sin \gamma = \frac{n_1}{n_2} \sin \alpha $), угол преломления $ \gamma $ будет меньше угла падения $ \alpha $. Это означает, что световой луч отклоняется, приближаясь к перпендикуляру.

Если свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то $ n_2 < n_1 $, и относительный показатель преломления $ n_{21} < 1 $. В этом случае угол преломления $ \gamma $ будет больше угла падения $ \alpha $. Световой луч отклоняется, удаляясь от перпендикуляра.

Если оптические плотности сред одинаковы ($ n_1 = n_2 $), то $ n_{21} = 1 $, и преломление отсутствует. Свет проходит через границу, не меняя своего направления ($ \alpha = \gamma $).

Ответ: Если относительный показатель преломления $ n_{21} > 1 $ (переход в оптически более плотную среду), то луч преломляется, приближаясь к нормали ($ \gamma < \alpha $). Если $ n_{21} < 1 $ (переход в оптически менее плотную среду), то луч преломляется, удаляясь от нормали ($ \gamma > \alpha $).

4. В чём состоит явление полного внутреннего отражения?

Полное внутреннее отражение — это явление, которое происходит, когда свет, распространяясь в оптически более плотной среде, падает на границу с оптически менее плотной средой под углом, превышающим определённое критическое значение. В этом случае преломление света не происходит, и весь световой пучок полностью отражается обратно в первую среду.

Для возникновения этого явления необходимо выполнение двух условий. Во-первых, свет должен переходить из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления ($ n_1 > n_2 $). Во-вторых, угол падения $ \alpha $ должен быть больше или равен так называемому предельному (или критическому) углу полного внутреннего отражения $ \alpha_{пр} $.

Предельный угол — это такой угол падения, при котором угол преломления составляет ровно 90°. Его значение можно найти из закона Снелля: $ n_1 \sin \alpha_{пр} = n_2 \sin 90° $ Так как $ \sin 90° = 1 $, получаем формулу для синуса предельного угла: $ \sin \alpha_{пр} = \frac{n_2}{n_1} $ Если угол падения $ \alpha > \alpha_{пр} $, свет полностью отражается. Это явление лежит в основе работы оптоволокна, призменных биноклей и перископов.

Ответ: Явление полного внутреннего отражения состоит в том, что при переходе света из оптически более плотной среды в менее плотную ($ n_1 > n_2 $) под углом падения, превышающим предельный угол $ \alpha_{пр} $, свет не преломляется, а полностью отражается от границы раздела сред.