Номер 2, страница 239 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Параграф 49. Физический смысл показателя преломления. Ответь на вопросы - номер 2, страница 239.

Условие.

2. Как определяются относительный и абсолютный показатели преломления через скорость света в средах?

Решение.

Решение 2.

Среда, в которой свет распространяется с большей скоростью, называется оптически менее плотной. Оптическая плотность среды характеризуется ее абсолютным показателем преломления $n$. Скорость света в среде $v$ связана со скоростью света в вакууме $c$ и показателем преломления $n$ соотношением:

$v = \frac{c}{n}$

Из этой формулы видно, что скорость света в среде обратно пропорциональна ее абсолютному показателю преломления. Следовательно, чем меньше показатель преломления среды (то есть чем менее она оптически плотная), тем выше в ней скорость распространения света. И наоборот, в оптически более плотной среде (с большим значением $n$) скорость света будет меньше.

Ответ: Свет распространяется с большей скоростью в оптически менее плотной среде.

2. Абсолютный и относительный показатели преломления определяются через скорость света в средах следующим образом:

Абсолютный показатель преломления

Абсолютный показатель преломления среды $n$ — это безразмерная физическая величина, которая показывает, во сколько раз скорость света в вакууме $c$ больше, чем фазовая скорость света в данной среде $v$. Он определяется по формуле:

$n = \frac{c}{v}$

Здесь $c$ — скорость света в вакууме (фундаментальная константа, $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с), а $v$ — скорость света в среде. Поскольку скорость света в любой материальной среде всегда меньше скорости света в вакууме, абсолютный показатель преломления для любой среды (кроме вакуума) всегда больше единицы ($n > 1$). Для вакуума $n = 1$.

Относительный показатель преломления

Относительный показатель преломления второй среды относительно первой $n_{21}$ показывает, во сколько раз скорость света в первой среде $v_1$ отличается от скорости света во второй среде $v_2$. Он вычисляется как отношение этих скоростей:

$n_{21} = \frac{v_1}{v_2}$

Этот показатель можно также выразить через абсолютные показатели преломления первой ($n_1$) и второй ($n_2$) сред. Подставив $v_1 = c/n_1$ и $v_2 = c/n_2$ в формулу выше, получим:

$n_{21} = \frac{c/n_1}{c/n_2} = \frac{n_2}{n_1}$

Таким образом, относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления.

Ответ: Абсолютный показатель преломления определяется как отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде: $n = c/v$. Относительный показатель преломления второй среды относительно первой определяется как отношение скорости света в первой среде ко второй: $n_{21} = v_1/v_2$, что также равно отношению их абсолютных показателей преломления: $n_{21} = n_2/n_1$.

3. Свет распространяется с наибольшей возможной скоростью в вакууме. Эта скорость является фундаментальной физической константой, обозначается буквой $c$ и составляет точно $299\ 792\ 458$ метров в секунду.

В любой материальной среде (например, в воздухе, воде, стекле) скорость света $v$ всегда меньше, чем в вакууме. Это объясняется тем, что свет (электромагнитные волны) взаимодействует с частицами вещества (атомами, молекулами), что приводит к его замедлению. Согласно определению абсолютного показателя преломления $n = c/v$, для любой среды, отличной от вакуума, показатель преломления $n > 1$, из чего следует, что скорость света в этой среде $v = c/n < c$.

Ответ: Свет распространяется с наибольшей скоростью в вакууме.