Страница 199 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Что происходит с пучком света на границе раздела двух сред?

Когда пучок света достигает границы раздела двух различных сред (например, воздуха и воды, или стекла и воздуха), с ним одновременно происходят несколько явлений. Падающий световой пучок разделяется.

• Отражение света. Часть светового пучка отражается от границы раздела и возвращается в первую среду. Этот процесс описывается законом отражения света:

  1. Угол падения $\alpha$ равен углу отражения $\beta$. Математически это выражается формулой: $\alpha = \beta$.

  2. Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр (нормаль), восстановленный к границе раздела в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

• Преломление света. Другая часть света проходит через границу раздела во вторую среду. При этом направление распространения света, как правило, изменяется. Это явление называется преломлением света и описывается законом преломления (законом Снеллиуса):

  1. Отношение синуса угла падения $\alpha$ к синусу угла преломления $\gamma$ есть величина постоянная для двух данных сред, равная отношению абсолютных показателей преломления второй и первой сред: $\frac{\sin\alpha}{\sin\gamma} = \frac{n_2}{n_1}$, где $n_1$ и $n_2$ – показатели преломления первой и второй сред соответственно.

  2. Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный к границе раздела в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

• Поглощение света. Часть энергии светового пучка поглощается на границе раздела и в самих средах, превращаясь в тепловую энергию. Таким образом, интенсивность падающего света распределяется между отраженным, преломленным и поглощенным светом.
• Полное внутреннее отражение. Это особый случай, который наблюдается при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (то есть когда $n_1 > n_2$). Если угол падения $\alpha$ превышает некоторое критическое значение, называемое предельным углом полного внутреннего отражения $\alpha_{пр}$, то преломленный луч исчезает, и весь свет полностью отражается обратно в первую среду. Предельный угол определяется из соотношения: $\sin\alpha_{пр} = \frac{n_2}{n_1}$.

Ответ: На границе раздела двух сред пучок света частично отражается, частично преломляется (проходит во вторую среду, изменяя свое направление) и частично поглощается. При определенных условиях (при переходе из более плотной оптической среды в менее плотную под углом, большим критического) может наблюдаться явление полного внутреннего отражения, когда свет полностью отражается от границы.

2. Пользуясь рисунком 140, расскажите об опыте, на основании которого можно установить закон отражения света.

Что происходит с лучом света на границе раздела двух сред?

Когда световой луч достигает границы раздела двух различных сред (например, воздух-стекло или воздух-вода), с ним одновременно происходят три явления:

• Отражение: Часть света отражается от границы и возвращается в первую среду. Это явление подчиняется закону отражения света.
• Преломление: Часть света проходит через границу во вторую среду, изменяя при этом направление своего распространения. Это явление описывается законом преломления света (законом Снеллиуса).
• Поглощение: Часть световой энергии поглощается средами на границе раздела и превращается в другие виды энергии, в основном в тепловую.

Соотношение между интенсивностями отраженного, преломленного и поглощенного света зависит от свойств двух сред, угла падения луча на границу и длины волны света.

Ответ: На границе раздела двух сред световой луч частично отражается, частично преломляется и частично поглощается.

2. Пользуясь рисунком 140, расскажите об опыте, на основании которого можно установить закон отражения света.

Для установления закона отражения света используется специальный прибор — оптический диск. Опыт проводится следующим образом:

1. На горизонтально расположенный оптический диск, представляющий собой круг с нанесенной угломерной шкалой, в его центре вертикально устанавливают плоское зеркало. Поверхность зеркала должна совпадать с диаметром диска.
2. С помощью источника света (например, лазерной указки или осветителя с щелью) на зеркало направляют узкий пучок света. Линия, перпендикулярная поверхности зеркала в точке падения луча, называется нормалью. На диске она соответствует отметке 0°.
3. Луч, направленный на зеркало, называется падающим лучом. Угол между падающим лучом и нормалью называется углом падения $ \alpha $.
4. После отражения от зеркала возникает отраженный луч. Угол между отраженным лучом и нормалью называется углом отражения $ \beta $.
5. В ходе эксперимента измеряют углы падения и отражения при помощи шкалы на оптическом диске. Проводя измерения для различных углов падения, каждый раз убеждаются, что угол отражения равен углу падения: $ \alpha = \beta $.
6. Также в ходе опыта видно, что падающий луч, отраженный луч и нормаль, проведенная к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости — в плоскости оптического диска.

Таким образом, данный опыт позволяет экспериментально проверить и установить оба положения закона отражения света.

Ответ: Опыт с использованием оптического диска, зеркала и источника света позволяет установить закон отражения. Направляя луч света на зеркало под разными углами, измеряют углы падения и отражения. Эксперимент показывает, что угол отражения всегда равен углу падения, а падающий луч, отраженный луч и нормаль лежат в одной плоскости.

3. Что называют законом отражения света?

Законом отражения света называют два утверждения, которые описывают поведение светового луча при его отражении от поверхности.

1. Первое утверждение: падающий луч, луч отраженный и нормаль к отражающей поверхности, восстановленная в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
2. Второе утверждение: угол отражения $ \beta $ равен углу падения $ \alpha $.

Математически второе утверждение записывается в виде формулы:

$ \beta = \alpha $

Эти законы справедливы для зеркального отражения, которое происходит от гладких поверхностей.

Ответ: Законом отражения света называют два принципа: 1) падающий луч, отраженный луч и нормаль к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости; 2) угол отражения равен углу падения ($ \beta = \alpha $).

3. Что называют углом падения; углом отражения?

Что называют углом падения; углом отражения?

Для описания процесса отражения света от поверхности вводится понятие перпендикуляра (или нормали) — линии, перпендикулярной отражающей поверхности и проходящей через точку падения светового луча. Углы падения и отражения измеряются относительно этого перпендикуляра.

Угол падения — это угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности, проведённым в точке падения. Обычно его обозначают греческой буквой альфа ($\alpha$).

Угол отражения — это угол между отражённым лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности, проведённым в точке падения. Обычно его обозначают греческой буквой бета ($\beta$).

Ответ: Углом падения ($\alpha$) называют угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения. Углом отражения ($\beta$) называют угол между отражённым лучом и тем же перпендикуляром.

4. Сформулируйте закон отражения света.

Закон отражения света — это фундаментальный закон геометрической оптики, который описывает, как свет отражается от гладкой (зеркальной) поверхности. Он формулируется в виде двух утверждений:

1. Падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к отражающей поверхности, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения света равен углу падения.

Второе положение закона математически записывается в виде равенства:

$\alpha = \beta$

где $\alpha$ — это угол падения, а $\beta$ — это угол отражения.

Ответ: Закон отражения света гласит: 1) падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости; 2) угол отражения равен углу падения ($\alpha = \beta$).

4. Сформулируйте закон отражения света.

Сформулируйте закон отражения света.

Закон отражения света — это фундаментальный принцип геометрической оптики, который описывает, как световые лучи ведут себя при падении на отражающую поверхность. Закон формулируется в виде двух основных положений:

1. Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр (нормаль) к отражающей поверхности, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

2. Угол отражения равен углу падения. Угол падения ($ \alpha $) — это угол между падающим лучом и перпендикуляром. Угол отражения ($ \beta $) — это угол между отраженным лучом и тем же перпендикуляром. Математически это соотношение выражается простой формулой:

$$ \alpha = \beta $$

Эти два положения полностью определяют направление отраженного луча, если известно направление падающего луча и ориентация отражающей поверхности.

Ответ: Закон отражения света гласит, что падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к отражающей поверхности в точке падения лежат в одной плоскости, а угол отражения $ \beta $ равен углу падения $ \alpha $ ($ \alpha = \beta $).

5. Что называют обратимостью световых лучей?

Обратимостью световых лучей называют фундаментальный принцип геометрической оптики, который утверждает, что путь распространения света не зависит от того, в каком направлении по этому пути движется свет. Если луч света, идущий из точки А в точку Б, проходит через некоторую оптическую систему (например, отражается от зеркал или преломляется в линзах), то свет, направленный из точки Б в точку А, пойдет по той же самой траектории, но в обратном направлении.

Проще говоря, если поменять местами источник света и его изображение (или наблюдателя), траектория световых лучей не изменится. Этот принцип является прямым следствием симметрии во времени уравнений, описывающих распространение света, и напрямую вытекает из законов отражения и преломления.

Ответ: Обратимостью световых лучей называют принцип, согласно которому световые лучи могут распространяться по одной и той же траектории как в прямом, так и в обратном направлении. Если траектория луча из точки А в точку Б известна, то траектория луча из Б в А будет точно такой же.

5. Что называют обратимостью световых лучей?

Решение

Обратимость световых лучей — это фундаментальный принцип геометрической оптики. Он гласит, что путь, по которому распространяется световой луч из точки А в точку B, будет точно таким же, если луч будет распространяться в обратном направлении, то есть из точки B в точку A.

Это означает, что если на пути светового луча поменять местами источник света и наблюдателя (или экран), то траектория луча не изменится. Луч пройдет по тому же пути, но в противоположном направлении.

Принцип обратимости является следствием основных законов геометрической оптики:

• Закон прямолинейного распространения света: в однородной среде свет распространяется по прямой линии. Эта линия одинакова независимо от направления движения.
• Закон отражения света: угол падения равен углу отражения. Если поменять падающий и отраженный лучи местами, закон останется справедливым. Падающий луч станет отраженным, а отраженный — падающим, и их углы с перпендикуляром к поверхности останутся равными.
• Закон преломления света (закон Снеллиуса): $n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \gamma$, где $n_1$ и $n_2$ — показатели преломления двух сред, $\alpha$ — угол падения, а $\gamma$ — угол преломления. Если луч направить в обратном направлении из второй среды в первую под углом $\gamma$, то угол его преломления в первой среде будет равен $\alpha$, так как уравнение $n_2 \sin \gamma = n_1 \sin \alpha$ остается верным.

Благодаря этому принципу, при построении изображений в оптических системах (например, в линзах или зеркалах) можно менять местами предмет и его изображение, и ход лучей останется таким же, только изменит направление.

Ответ: Обратимостью световых лучей называют свойство света распространяться по одной и той же траектории как в прямом, так и в обратном направлениях. Это означает, что если луч света, идущий из точки A в точку B, проходит через любую последовательность отражений и преломлений, то луч, идущий из точки B в точку A, пойдет по тому же самому пути.

1. Угол падения луча света на зеркало равен 30°. Чему равен угол отражения? Постройте ход луча света.

Дано:

Угол падения луча на зеркало $ \alpha = 30° $

Найти:

Угол отражения $ \beta $

Решение:

Для решения задачи воспользуемся законом отражения света. Закон отражения гласит:

1. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения равен углу падения.

Математически второе утверждение записывается в виде формулы:

$ \alpha = \beta $

где $ \alpha $ — это угол падения (угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности), а $ \beta $ — это угол отражения (угол между отраженным лучом и перпендикуляром).

По условию задачи, угол падения $ \alpha = 30° $. Следовательно, угол отражения $ \beta $ также будет равен 30°.

$ \beta = 30° $

Построение хода луча света показано на рисунке ниже. Углы падения и отражения отсчитываются от перпендикуляра (нормали) к поверхности зеркала, восстановленного в точке падения.

Ответ: угол отражения равен 30°.

2. Угол отражения луча света от зеркала равен 45°. Как изменится угол между падающим и отражённым лучами при увеличении угла падения на 15°? На одном чертеже покажите падающий и отражённый лучи для каждого случая.

Дано:

Начальный угол отражения: $\beta_1 = 45^\circ$

Увеличение угла падения: $\Delta\alpha = 15^\circ$

Найти:

Изменение угла между падающим и отражённым лучами: $\Delta\gamma$

Решение:

Основной принцип, который мы будем использовать, — это закон отражения света. Он гласит, что угол падения луча на отражающую поверхность равен углу его отражения. Углы падения и отражения отсчитываются от перпендикуляра (нормали), восстановленного в точке падения луча.

Математически это записывается как: $\alpha = \beta$, где $\alpha$ — угол падения, а $\beta$ — угол отражения.

Угол между падающим и отраженным лучами, который мы обозначим как $\gamma$, равен сумме угла падения и угла отражения: $\gamma = \alpha + \beta$. Поскольку $\alpha = \beta$, то $\gamma = 2\alpha$.

1. Начальное состояние (случай 1)

По условию, начальный угол отражения $\beta_1 = 45^\circ$.

Согласно закону отражения, начальный угол падения $\alpha_1$ равен углу отражения:

$\alpha_1 = \beta_1 = 45^\circ$.

Угол между падающим и отражённым лучами в этом случае составляет:

$\gamma_1 = \alpha_1 + \beta_1 = 45^\circ + 45^\circ = 90^\circ$.

2. Конечное состояние (случай 2)

Угол падения увеличивается на $\Delta\alpha = 15^\circ$. Новый угол падения $\alpha_2$ будет равен:

$\alpha_2 = \alpha_1 + \Delta\alpha = 45^\circ + 15^\circ = 60^\circ$.

Новый угол отражения $\beta_2$ будет равен новому углу падения:

$\beta_2 = \alpha_2 = 60^\circ$.

Теперь найдём новый угол между падающим и отражённым лучами:

$\gamma_2 = \alpha_2 + \beta_2 = 60^\circ + 60^\circ = 120^\circ$.

3. Изменение угла между лучами

Чтобы найти, как изменился угол $\gamma$, вычтем из конечного значения начальное:

$\Delta\gamma = \gamma_2 - \gamma_1 = 120^\circ - 90^\circ = 30^\circ$.

Это означает, что угол между падающим и отражённым лучами увеличился на $30^\circ$.

4. Чертёж

На приведённом ниже чертеже показаны оба случая отражения от зеркальной поверхности.

• Синим цветом показан первый случай: падающий луч 1 и отражённый луч 1 с углами $\alpha_1 = \beta_1 = 45^\circ$.
• Красным цветом показан второй случай: падающий луч 2 и отражённый луч 2 с углами $\alpha_2 = \beta_2 = 60^\circ$.
• Пунктирной линией (N) обозначена нормаль к поверхности зеркала.

Ответ:

При увеличении угла падения на $15^\circ$ угол между падающим и отражённым лучами увеличится на $30^\circ$.