Какие величины не изменяются при переходе света из одной среды в другую

Почему меняется длина волны света при переходе из одной среды в другую и не меняется частота

При переходе света из одной среды в другую изменяется скорость распространения света V и длинна волны λ, частота волны v не изменяется. Свет является электро-магнитным излучением. Согласно определению длинны волны λ — это расстояние, которое проходит волна, за время равное периоду колебаний. Это расстояние зависит от свойств среды в которой распространяется свет. Чем оптически плотнее среда, тем труднее свету проходить расстояние за одно и тоже время. В оптически более плотных средах длинна воны будет меньше, чем в менее оптически плотных. А частота колебаний есть характеристикой самого излучения, как изменяется силовые линии электрического и магнитного поля.

• Связаться с нами
• Правила проекта
• Лицензионное соглашение
• Политика конфиденциальности

Почему меняется длина волны света при переходе из одной среды в другую и не меняется частота

При переходе света из одной среды в другую изменяется скорость распространения света V и длинна волны λ, частота волны v не изменяется. Свет является электро-магнитным излучением. Согласно определению длинны волны λ — это расстояние, которое проходит волна, за время равное периоду колебаний. Это расстояние зависит от свойств среды в которой распространяется свет. Чем оптически плотнее среда, тем труднее свету проходить расстояние за одно и тоже время. В оптически более плотных средах длинна воны будет меньше, чем в менее оптически плотных. А частота колебаний есть характеристикой самого излучения, как изменяется силовые линии электрического и магнитного поля.

• Связаться с нами
• Правила проекта
• Лицензионное соглашение
• Политика конфиденциальности

Преломление света в физике — формулы и определения с примерами

Почему ложка, опущенная в стакан с водой, кажется нам сломанной на границе воздуха и воды? Что такое оптическая плотность среды? Как ведет себя свет, переходя из одной среды в другую? Обо всем этом вы узнаете из этого параграфа.

Опыты по преломлению света

Проведем такой эксперимент. Направим на поверхность воды в широком сосуде узкий пучок света под некоторым углом к поверхности. Мы заметим, что в точках падения лучи не только отражаются от поверхности воды, но и частично проходят в воду, изменяя при этом свое направление (рис. 3.33).

Изменение направления распространения света в случае его прохождения через границу раздела двух сред называют преломлением света.

Первое упоминание о преломлении света можно найти в работах древнегреческого философа Аристотеля, который задавался вопросом: почему палка в воде кажется сломанной? А в одном из древнегреческих трактатов описан такой опыт: «Нужно встать так, чтобы плоское кольцо, положенное на дно сосуда, спряталось за его краем.

Потом, не изменяя положения глаз, налить в сосуд воду. Луч света преломится на поверхности воды, и кольцо станет видимым». Аналогичный опыт проиллюстрирован на рис. 3.34.

Причина преломления света

Так почему же свет, переходя из одной среды в другую, изменяет свое направление?

Мы уже знаем, что свет в вакууме распространяется хотя и с огромной, но тем не менее конечной скоростью — около 300 000 км/с. В любой другой среде скорость света меньше, чем в вакууме.

Например, в воде скорость све-та в 1,33 раза меньше, чем в вакууме; когда свет переходит из воды в алмаз, его скорость уменьшается еще в 1,8 раза; в воздухе скорость распространения света в 2,4 раза больше, чем в алмазе, и лишь немного ( = 1,0003 раза) меньше скорости света в вакууме. Именно изменение скорости света в случае перехода из одной прозрачной среды в другую является причиной преломления света.

Принято говорить об оптической плотности среды: чем меньше скорость распространения света в среде, тем большей является оптическая плотность среды.

Так, воздух имеет большую оптическую плотность, чем вакуум, поскольку в воздухе скорость света несколько меньше, чем в вакууме. Оптическая плотность воды меньше, чем оптическая плотность алмаза, поскольку скорость света в воде больше, чем в алмазе.

Чем больше отличаются оптические плотности двух сред, тем более преломляется свет на границе их раздела. Другими словами, чем больше изменяется скорость света на границе раздела двух сред, тем сильнее он преломляется.

Закономерности преломления света

Рассмотрим явление преломления света подробнее. Для этого снова воспользуемся оптической шайбой. Установив в центре диска стеклянный полуцилиндр, направим на него узкий пучок света (рис. 3.35). Часть пучка отразится от поверхности полуцилиндра, а часть пройдет сквозь него, изменив свое направление (преломится).

На схеме по правую сторону луч SO задает направление падающего пучка света, луч ОК — направление отраженного пучка, луч ОВ — направление

Рис. 3.36. Установление закономерности преломления света — углы падения, — углы преломления).

В случае увеличения угла падения света увеличивается и угол его преломления. Если свет падает из среды с меньшей оптической плотностью в среду с большей оптической плотностью (из воздуха в стекло) (а), то угол падения больше угла преломления. Если наоборот (из стекла в воздух) (б), то угол преломления больше угла падения преломленного пучка; MN — перпендикуляр, восставленный в точке падения луча SO. Все указанные лучи лежат в одной плоскости — в плоскости поверхности диска.

Угол, образованный преломленным лучом и перпендикуляром к границе деления двух сред, восставленным в точке падения луча, называется углом преломления.

Если теперь увеличить угол падения, то мы увидим, что увеличится и угол преломления. Уменьшая угол падения, мы заметим уменьшение угла преломления (рис. 3.36).

Соотношение значений угла падения и угла преломления в случае перехода пучка света из одной среды в другую зависит от оптической плотности каждой из сред. Если, например, свет падает из воздуха в стекло (рис. 3.36, а), то угол преломления всегда будет меньшим, чем угол падения (). Если же луч света направить из стекла в воздух (рис. 3.36, б),

то угол преломления всегда будет большим, чем угол падения ().

Напомним, что оптическая плотность стекла больше оптической плотности воздуха, и сформулируем закономерности преломления света.

1. Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
2. Существуют такие соотношения между углом падения и углом преломления

• а) в случае увеличения угла падения увеличивается и угол преломления
• б) если луч света переходит из среды с меньшей оптической плотностью в среду с большей оптической плотностью, то угол преломления будет меньше, чем угол падения
• в) если луч света переходит из среды с большей оптической плотностью в среду с меньшей оптической плотностью, то угол преломления будет большим, чем угол падения.

(Следует отметить, что в старших классах, после изучения курса тригонометрии, вы глубже познакомитесь с преломлением света и узнаете о нем на уровне законов.)

Объясняем преломлением света некоторые оптические явления

Когда мы, стоя на берегу водоема, стараемся на глаз определить его глубину, она всегда кажется меньшей, чем есть на самом деле. Это явление объясняется преломлением света (рис. 3.37).

Следствием преломления света в атмосфере Земли является тот факт, что мы видим Солнце и звезды немного выше их реального положения (рис. 3.38). Преломлением света можно объяснить еще много природных явлений: возникновение миражей, радуги и др.

Явление преломления света является основой работы многочисленных оптических устройств (рис. 3.39). С некоторыми из них мы познакомимся в следующих параграфах, с некоторыми — в ходе дальнейшего изучения физики.

Итоги:

Световой пучок, падая на границу раздела двух сред, имеющих разную оптическую плотность, делится на два пучка. Один из них — отраженный — отражается от поверхности, подчиняясь законам отражения света. Второй — преломленный — проходит через границу раздела в другую среду, изменяя свое направление.

Причина преломления света — изменение скорости света в случае перехода из одной среды в другую. Если во время перехода света из одной среды в другую скорость света уменьшилась, то говорят, что свет перешел из среды с меньшей оптической плотностью в среду с большей оптической плотностью, и наоборот.

Преломление света происходит по определенным законам.

Преломление света

Почему ноги человека, зашедшего в воду, кажутся короче (рис. 250)? Дно бассейна мы видим ближе к поверхности, чем есть в действительности. Ложка в стакане на уровне поверхности воды (рис. 251) кажется переломленной. Как объяснить эти явления?

Когда пучок света падает на границу раздела двух прозрачных сред, часть его отражается, а часть переходит в другую среду, изменяя свое направление (рис. 252).

Изменение направления распространения света при переходе его через границу раздела двух сред называется преломлением.

Каким законам подчиняется преломление света?

Рассмотрим опыт. В центре оптического диска закрепим стеклянный полудиск (рис. 253), направим на него узкий пучок света (луч 1). Луч 3 — преломленный луч.

Угол между перпендикуляром, проведенным в точку падения к границе раздела двух сред, и преломленным лучом называется углом преломления.

Сравнив углы (см. рис. 253), мы видим, что угол преломления меньше угла падения

Увеличим угол падения (рис. 254). Угол преломления тоже увеличивается, но он по-прежнему меньше угла падения.

Если стекло заменить водой и пустить световой луч и под тем же углом (рис. 255, а), что и на стеклянный полудиск, то угол преломления в воде будет несколько больше, чем в стекле, но меньше угла падения: Сравним скорости света в воздухе, воде и стекле: т. е. стекло оптически более плотная среда, чем вода, а вода — чем воздух. Следовательно, при переходе луча из оптически менее плотной в оптически более плотную среду угол преломления меньше угла падения.

А если луч переходит из воды в воздух?

Из опыта (рис. 255, б) видно, что угол больше угла Значит, если свет переходит из среды оптически более плотной в оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения. Этот вывод логически следует из свойства обратимости, которое характерно не только для падающего и отраженного лучей, но и для падающего и преломленного лучей.

Из результатов проведенных опытов следует.

1. Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точку падения луча к границе раздела двух сред.
2. Угол преломления меньше утла падения при переходе луча из оптически менее плотной среды в оптически более плотную среду. Угол преломления больше угла падения, если луч переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную.

Эти два главных положения выражают суть явления преломления света. Однако, когда луч надает перпендикулярно на границу раздела двух сред он не испытывает преломления, что можно подтвердить опытом (рис. 256).

Главные выводы:

1. При переходе из одной среды в другую световой луч на границе раздела сред в большинстве случаев испытывает преломление (изменяет направление).
2. Луч, падающий перпендикулярно к границе раздела двух сред, не испытывает преломления.
3. Если луч переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, угол преломления меньше угла падения При переходе луча из оптически более плотной среды в менее плотную угол преломления больше угла падения

Преломление света на границе разделения двух сред. Закон преломления света

Еще в древние времена люди утверждали, что палка, опущенная в воду, на границе воздух-вода будто сломана. Вынув из воды, она оказывается целой. Так человек впервые столкнулся с явлением преломления света.

Первым это явление начал изучать древнегреческий естествоиспытатель Клеомед (I в. н. э.). Он установил, что луч света, распространяющийся под углом с менее плотной оптической среды в более плотную, например из воздуха в воду, изменяет свое направление, то есть преломляется. Клеомед говорил, что под определенным углом мы не будем видеть предмет, лежащий на дне сосуда (рис. 135), но если налить в сосуд воды, предмет будет видно.

Таким образом, по мнению Клеомеда, благодаря преломлению лучей можно видеть Солнце, зашедшее за горизонт.

Другой древнегреческий ученый Клавдий Птоломей (II в. н. э.) опытным путем определил величину, характеризующую преломление лучей света при переходе их из воздуха в воду, из воздуха в стекло и из воды в стекло.

Опыт 1. Направим луч света на тонкостенный сосуд с подкрашенной водой, который имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Мы видим, что на границе двух сред луч света изменяет свое направление: отражается и преломляется (рис. 136, а).

Изменение направления распространения света при его переходе через границы разделения двух оптически прозрачных сред называют преломлением света.

Выполним чертеж (рис. 136, б). Опыт показывает, что угол отражения света равен углу падения света а, а при переходе луча из воздуха в воду угол преломления света (гамма) меньше угла падения света а. Кроме того, видим, что падающий и преломленный лучи света лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к поверхности разделения двух сред в точку падения света. При переходе луча света из воды в воздух угол преломления света больше угла падения света .

Этот опыт показывает, что при переходе светового луча с одной среды в другую: падающий и преломленный лучи света лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к плоскости разделения двух сред в точку падения луча света; в зависимости от того, с какой среды в какую переходит луч света, угол преломления луча света может быть больше или меньше угла падения света.

Разные среды по-разному преломляют световые лучи. Например, алмаз преломляет лучи света больше, чем вода или стекло.

Среда, преломляющая свет, должна быть прозрачной, то есть такой, чтобы сквозь нее проходили лучи света.

Световые лучи преломляются, поскольку они распространяются в разных средах (телах) с неодинаковой скоростью. В воздухе скорость распространения света больше, чем в воде, в воде больше, чем в стекле.

Опыт 2. Поместим в сосуд с водой специальный источник света, от которого в разные стороны распространяются лучи света (рис. 137). Луч света, падающий перпендикулярно к границе вода-воздух, не преломляется.

Лучи света, падающие под разными углами к поверхности воды, преломляются по-разному. Но есть лучи света, которые вообще не переходят из воды в воздух, а полностью отражаются от ее поверхности. Явление, когда лучи света не выходят из среды и полностью отражаются внутрь, называют полным внутренним отражением света.

Явление полного внутреннего отражения света используют в специальных приборах — световодах. Световоды (рис. 138) широко применяют для передачи изображений предметов с любого места на любые расстояния.

Пример №1

1. Какой из углов больше — угол падения или угол преломления, если свет переходит: а) из воды в воздух; б) из воздуха в стекло; в) из воды в стекло?

Ответ: а) угол падения; б) угол падения; в) угол преломления.

Пример №2

2. В стакан с водой вставили трубку для сока. Как объяснить явление, изображенное на рисунке 145?

Ответ: если смотреть на рисунок, то видим, что трубка для сока кажется сломанной. Это объясняется законами преломления света.

Закон преломления света и показатель преломления

• Углом падения называется угол между падающим лучом света и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения.
• Углом отражения называется угол между отраженным лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности, восстановленным в точке падения.
• Углом преломления называется угол между преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред, проведенным через точку падения.

Геометрической оптикой называют раздел оптики, в которой изучаются законы распространения света в прозрачных средах на основе представления о нем как о совокупности световых лучей.

Под лучом понимают линию, вдоль которой переносится энергия электромагнитной волны. Условимся изображать оптические лучи графически с помощью геометрических лучей со стрелками. В геометрической оптике волновая природа света не учитывается.

Уже в начальные периоды оптических исследований были экспериментально установлены четыре основных закона геометрической оптики:

• закон прямолинейного распространения света;
• закон независимости световых лучей;
• закон отражения световых лучей;
• закон преломления световых лучей.

В этих законах использовались понятия световой пучок и световой луч, т. е. предполагалось, что пучок и луч бесконечно тонкие.

Световые пучки получают при пропускании светового излучения, идущего от удаленного источника, через отверстие (диафрагму) в экране I (рис. 52). Эксперименты показывают, что если диаметр D гораздо больше длины световой волны и расстояние l от отверстия до экрана велико по сравнению с размером диафрагмы (l D), то выходящий из диафрагмы пучок является параллельным. Для него на не слишком больших расстояниях l от экрана выполняется неравенство

Если же диаметр диафрагмы или размеры предмета оказываются сравнимы с длиной световой волны, то выходящий световой пучок становится расходящимся, свет проникает в область геометрической тени, происходит дифракция света, т. е. проявляется волновой характер светового излучения. Следует отметить, что дифракция будет наблюдаться на очень больших расстояниях от экрана () даже при диаметре светового отверстия .

Таким образом, луч — это направление, перпендикулярное фронту волны, в котором она переносит энергию.

Лучи, выходящие из одной точки, называют расходящимися, а собирающиеся в одной точке, — сходящимися. Примером расходящихся лучей может служить наблюдаемый свет далеких звезд, а примером сходящихся — совокупность лучей, попадающих в зрачок нашего глаза от различных предметов.

Для изучения свойств световых волн необходимо знать как закономерности их распространения в однородной среде, так и закономерности отражения и преломления на границе раздела двух сред.

Рассмотрим процессы, происходящие при падении плоской световой волны на плоскую поверхность раздела однородных изотропных и прозрачных сред при условии, что размеры поверхности раздела намного больше длины волны падающего излучения.

Пусть на плоскую поверхность раздела LM двух сред падает плоская световая волна, фронт которой АВ (рис. 53). Если угол падения а отличен от нуля, то различные точки фронта АВ волны достигнут границы раздела LM не одновременно.

Согласно принципу Гюйгенса точка которой фронт волны достигнет раньше всего (см. рис. 53), станет источником вторичных волн. Вторичные волны будут распространяться со скоростью v и за промежуток времени за который точка фронта , достигнет границы раздела двух сред (точки ), вторичные волны из точки пройдут расстояние Падающая и возникающие вторичные волны распространяются в одной и той же среде, поэтому их скорости одинаковы, и они пройдут одинаковые расстояния

Касательная, проведенная из точки к полуокружности радиусом является огибающей вторичных волн и дает положение фронта волны через промежуток времени . Затем он перемещается в направлении .

Из построения следует, что С учетом определений угла падения и угла отражения находим, что как углы с взаимно перпендикулярными сторонами. Следовательно, угол отражения равен углу падения ( = ). Таким образом, исходя из волновой теории света на основании принципа Гюйгенса получен закон отражения света.

Рассмотрим, что будет происходить во второй среде (рис. 54), считая, что скорость распространения света в ней меньше, чем в первой (

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

2.16. Преломление света. Дисперсия света

Преломление света – это изменение направления распространения светового луча на границе раздела двух сред.

Угол преломления ($\gamma$) – это угол между преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред.

Законы преломления света:

1. Лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным в точку падения луча к преломляющей поверхности.
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред

где $n_$ – относительный показатель преломления.

Каждую среду, в которой распространяется свет, характеризует абсолютный показатель преломления (или просто – показатель преломления). Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данной среде

где $c=3 \cdot 10^8$ м/с — скорость света в вакууме, $v$ — скорость света в среде.

Среда, у которой абсолютный показатель преломления больше, является оптически более плотной средой. Чем больше оптическая плотность среды, тем меньше скорость света в ней. Среда, у которой абсолютный показатель преломления меньше, является оптически менее плотной средой. Чем меньше оптическая плотность среды, тем больше скорость света в ней.

Относительный показатель преломления равен отношению показателя преломления второй среды к показателю преломления первой среды

Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз изменится скорость распространения луча при переходе из одной среды в другую.

Важно! Обычно закон преломления записывают через абсолютные показатели преломления в виде

Важно! При выполнении построений на преломление света, полезно пользоваться правилом: чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру.

Свет падает из оптически менее плотной среды в оптически более плотную	Свет падает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную

Дисперсия света – это зависимость показателя преломления среды от частоты (длины) волны падающего на вещество света.

Опыт Ньютона (1672). Из-за дисперсии световые волны с различной частотой (длиной) волны по-разному преломляются веществом, что приводит к разложению белого света на цветные монохроматические лучи – спектр.

Для лучей света различной цветности показатели преломления данного вещества различны, т. к. различны скорости распространения электромагнитных волн, у которых разная длина волны. Луч красного света преломляется меньше из-за того, что красный свет имеет в веществе наибольшую скорость, а луч фиолетового цвета преломляется больше, так как скорость для фиолетового цвета наименьшая.

Важно!! При переходе световой волны из одной среды в другую, частота световой волны не меняется. Меняется скорость распространения и длина волны.

Явление дисперсии помогло объяснить окраску предметов. Разные предметы по-разному отражают и поглощают лучи разных цветов. Например, красная роза отражает «красные» лучи, входящие в состав белого света, а почти все другие лучи поглощает (схема на рис. а). Зелёные же листья отражают в основном «зелёные» лучи (рис. б).

Решение заданий Открытого банка заданий ФИПИ

1. Луч света переходит из воздуха в воду. Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями после того, как угол падения луча на границу раздела воды и воздуха увеличили. Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

Угол отражения

Угол преломления

Нажмите, чтобы увидеть решение

Угол падения равен углу отражения в соответствии с законом отражения, поэтому он увеличится. Запишем закон преломления в следующем виде $sin \alpha =n_sin \gamma$. Относительный показатель преломления является величиной постоянной для двух данных сред и не зависит от угла падения. При увеличении угла падения $\alpha$, синус этого угла также увеличивается. Значит, увеличивается и синус угла преломления $\gamma$. Это означает, что угол преломления увеличивается при увеличении угла падения.

Ответ: 11

2. Красный луч света переходит из воздуха в воду. Как изменится при этом скорость распространения светового луча и частота световой волны? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Скорость распространения света

Частота световой волны

Нажмите, чтобы увидеть решение

При переходе светового луча из воздуха в воду, скорость его распространения уменьшается, а частота остается неизменной.

Ответ: 23

3. Синий луч света переходит из воды в воздух. Как изменяются при этом скорость распространения светового луча и частота световой волны?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Скорость распространения света

Частота световой волны

Нажмите, чтобы увидеть решение

При переходе светового луча из воды в воздух, скорость его распространения увеличивается, а частота остается неизменной.

Ответ: 13

4. На границе воздух-стекло световой луч частично отражается, частично преломляется (см. рисунок).

Угол преломления равен примерно

1) 20 о
2) 40 о
3) 50 о
4) 70 о

Нажмите, чтобы увидеть решение

Угол преломления — угол между перпендикуляром проведенным в точку падения и преломленным лучом. Согласно рисунку угол преломления равен 40 о .

Примечание. Падающий и отраженный лучи должны лежать в одной среде, а преломленный луч должен распространяться по другую сторону от нормали относительно падающего луча. Тогда падающий луч — это луч 1, луч 2 — отраженный, а луч 3 — преломленный.

Ответ: 2

5. Луч света падает из воздуха на стеклянную призму перпендикулярно поверхности. На каком из рисунков правильно изображён дальнейший ход луча?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Угол падения луча на боковую поверхность призмы равен нулю. Запишем закон преломления в следующем виде $sin \alpha =n_sin \gamma$. Поскольку угол падения $ \alpha =0^$, то и $sin \alpha =0$. Отсюда следует, что $n_sin \gamma =0 \Rightarrow sin \gamma =0\Rightarrow \gamma =0$. Мы получили замечательный результат: если световой луч падает на границу раздела двух сред перпендикулярно поверхности (угол падения равен нулю), то он не преломляется. Следовательно рисунки 2 и 4 не правильные. Преломленный луч должен распространяться по другую сторону от перпендикуляра относительно падающего луча при переходе из призмы в воздух. Этому условию соответствует рисунок 1.

Ответ: 1

6. На белом листе бумаги красным карандашом Ирина нарисовала цветок. Что она увидит, рассматривая листок через красный фильтр. Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: Ирина увидит листок красного цвета (без рисунка).

Пояснение. Бумага белого цвета отражает все лучи видимой части солнечного спектра, рисунок красного цвета отражает лучи красного цвета и поглощает лучи всех других цветов. Красный фильтр пропускает только лучи красного цвета. Поэтому в глаз наблюдателю попадают красного цвета лучи одинаково от всех областей бумаги.

7. На белом листе бумаги зелёным карандашом Кирилл нарисовал автомобиль. Что он увидит, рассматривая листок через красный фильтр? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: Кирилл увидит чёрного цвета автомобиль на красном фоне.

Пояснение. Бумага белого цвета отражает все лучи видимой части солнечного спектра, рисунок зелёного цвета отражает лучи зелёного цвета и поглощает лучи всех других цветов. Красный фильтр пропускает только лучи красного цвета. Поэтому в глаз наблюдателю не попадает никаких лучей от рисунка (как от предметов чёрного цвета) и попадают красного цвета лучи от других областей бумаги.

8. Какое явление иногда называют «кровавой Луной»? Объясните, почему Луна приобретает тёмно-красный цвет.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: «кровавая Луна» — явление при котором поверхность Луны приобретает красный цвет.

Пояснение. Луна не выделяет свет, а только отражает солнечный. Его потоки неоднородны и включают пучки разных цветов. Каждый обладает индивидуальными характеристиками и имеет свою длину волны. Так, фиолетовые и синие – самые короткие. Достигнув Земли, в ясную погоду они рассеиваются и окрашивают лунную поверхность в немного магический голубой. А длинные лучи, пройдя через земную атмосферу, не рассеиваются так сильно, и, попадая на лунную поверхность, придают ей как раз тот самый необычный багрово-пурпурный цвет.

9. После захода Солнца на Земле темнеет не сразу, некоторое время длятся сумерки. Можно ли наблюдать сумерки на Луне? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: нет, нельзя.

Пояснение. Сумерки наблюдаются благодаря преломлению и рассеянию солнечных лучей в атмосфере. На Луне атмосфера отсутствует.

10. Чему равен угол падения луча на границе вода – воздух, если известно, что угол преломления равен углу падения?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Данная ситуация возможна только если световой луч падает на границу раздела двух сред перпендикулярно поверхности (угол падения равен нулю), тогда он не преломляется и угол преломления также равен нулю.

Ответ: 4

11. Для каждого примера из первого столбца подберите соответствующее физическое явление из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Б) видимое изменение положения камня на дне озера

Нажмите, чтобы увидеть решение

А) изображение стоящих на берегу деревьев в «зеркале» воды — отражение света;

Б) видимое изменение положения камня на дне озера — преломление света;

В) эхо в горах — отражение звуковых волн.

Ответ: 124

12. Любителям порыбачить с помощью копья (остроги) важно учитывать, что видимое положение рыбы не соответствует её реальному положению. Какое физическое явление объясняет смещение видимого положения тела под водой?

1) преломление света
2) рассеяние света
3) дисперсия света
4) поглощение света

Нажмите, чтобы увидеть решение

Вода имеет более высокий показатель преломления света, чем воздух. Поэтому, когда свет переходит из воздуха в воду то он преломляется и из-за этого предметы под водой кажутся ближе, чем есть на самом деле.

Ответ: 1

13. Четыре прозрачные плоскопараллельные пластинки положили друг на друга стопкой. На рис. А и рис. Б изображён ход преломлённого светового луча при прохождении сквозь пластины.

Рис. А	Рис. Б

На каком(-их) из рисунков ход луча соответствует случаю, когда оптическая плотность пластин нарастает сверху вниз?

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

Нажмите, чтобы увидеть решение

Чем больше оптическая плотность среды, тем больше ее абсолютный показатель преломления. Чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру, проведенному в точку падения. Другими словами, луч все время должен приближаться к перпендикуляру, т.к. оптическая плотность пластин нарастает сверху вниз. Этому условию удовлетворяет рисунок А.

Ответ: 1

14. Луч света переходит из воздуха в стекло, преломляясь на границе раздела двух сред. Какое из направлений 1–4 соответствует преломлённому лучу?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Чем больше оптическая плотность среды, тем больше ее абсолютный показатель преломления. Чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру, проведенному в точку падения. Абсолютный показатель преломления стекла больше, чем абсолютный показатель преломления воздуха. Поэтому преломленный луч в стекле должен лежать ближе к перпендикуляру, чем падающий в воздухе, но не совпадать с ним, т.к. угол падения отличен от нуля. Получается, что луч 2, у которого угол преломления меньше угла падения – соответствует переходу луча из воздуха в стекло.

Ответ: 2

15. Явление дисперсии света используется

А. для разложения света в спектр при прохождении солнечного луча через призму.
Б. для изменения хода светового луча в перископе.

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

Нажмите, чтобы увидеть решение

Явление дисперсии света используется для разложения света в спектр при прохождении солнечного луча через призму. Изменения хода светового луча в перископе основывается на явлении отражения.

Ответ: 1

16. На каком рисунке правильно изображён ход луча через плоскопараллельную стеклянную пластину, находящуюся в воздухе?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Чем больше оптическая плотность среды, тем больше ее абсолютный показатель преломления. Чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру, проведенному в точку падения. Абсолютный показатель преломления стекла больше, чем абсолютный показатель преломления воздуха. Поэтому луч в стекле должен лежать ближе к перпендикуляру, чем луч в воздухе, но не совпадать с ним, т.к. угол падения отличен от нуля. Кроме того преломленный луч должен распространяться по другую сторону от нормали относительно падающего луча. Правильно показан ход луча на рисунке 3, он удовлетворяет всем вышеописанным условиям.

Ответ: 3

17. В куске стекла имеется воздушная полость в форме плоскопараллельной пластины. На каком рисунке правильно изображён ход луча через эту полость?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Чем больше оптическая плотность среды, тем больше ее абсолютный показатель преломления. Чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру, проведенному в точку падения. Абсолютный показатель преломления стекла больше, чем абсолютный показатель преломления воздуха. Поэтому луч в стекле должен лежать ближе к перпендикуляру, чем луч в воздухе, но не совпадать с ним, т.к. угол падения отличен от нуля. Кроме того преломленный луч должен распространяться по другую сторону от нормали относительно падающего луча. Правильно показан ход луча на рисунке 3, он удовлетворяет всем вышеописанным условиям.

Ответ: 3

18. Если рассматривать предмет сквозь стеклянную призму, то вокруг предмета можно наблюдать радужный ободок. Какое явление объясняет появление радужного ободка?

1) отражение света
2) рассеяние света
3) дисперсия света
4) поглощение света

Нажмите, чтобы увидеть решение

Еще Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом телескопа, по краям окрашено. Было замечено также что радужные края имеют предметы, рассматриваемые через призму. Пучок световых лучей прошедших через призму, окрашивается по краям. По результатам опытов, проведенных Ньютоном, им был сформулирован важный вывод: «Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости» (для них стекло имеет различные показатели преломления). Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше других — красные. Зависимость показателя преломления света от его цвета носит название дисперсии.

Ответ: 3

19. Свет распространяется из воды в воздух, преломляясь на границе раздела этих сред. Сравните угол падения α и угол преломления γ.

1) При любом угле падения α = γ
2) При любом угле падения α > γ
3) При любом угле падения α ≥ γ
4) При любом угле падения α ≤ γ

Нажмите, чтобы увидеть решение

Чем больше оптическая плотность среды, тем больше ее абсолютный показатель преломления. Чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру, проведенному в точку падения. Абсолютный показатель преломления воды больше, чем абсолютный показатель преломления воздуха. Поэтому луч в воде должен лежать ближе к перпендикуляру, чем луч в воздухе, т.е. угол падения будет меньше, чем угол преломления. Кроме того, если угол падения равен нулю, то луч не преломляется, т.е. угол преломления также равен нулю. Таким образом, угол падения либо всегда меньше угла преломления, либо равен ему, если луч не преломляется.

Ответ: 4

20. На границе воздух-стекло световой луч частично отражается, частично преломляется (см. рисунок).

На рисунке цифрами обозначены, соответственно,

1) 3-падающий луч, 1 – отражённый луч, 2 – преломлённый луч
2) 1-падающий луч, 2 – отражённый луч, 3 – преломлённый луч
3) 2-падающий луч, 3 – отражённый луч, 1 – преломлённый луч
4) 2-падающий луч, 1 – отражённый луч, 3 – преломлённый луч

Нажмите, чтобы увидеть решение

Падающий и отраженный лучи должны лежать в одной среде, а преломленный луч должен распространяться по другую сторону от нормали относительно падающего луча. Тогда падающий луч — это луч 2, луч 1 — отраженный, а луч 3 — преломленный.

Ответ: 4

21. На рис. 1 и 2 приведены опыты по наблюдению отражения и преломления светового луча на границе воздух-стекло.

Рис.1	Рис.2

Из предложенного перечня выберите два утверждения, соответствующие проведённым опытам. Укажите их номера.

1) Угол преломления в первом опыте равен примерно 45 о .
2) В обоих опытах угол преломления равен углу отражения.
3) В обоих опытах угол отражения больше угла преломления.
4) Отношение угла падения к углу преломления есть величина постоянная.
5) Угол падения во втором опыте равен примерно 60 о .

Нажмите, чтобы увидеть решение

Прежде чем отвечать на вопросы задания, необходимо провести перпендикуляр к границе раздела «воздух-стекло»

Утверждение 1 — неверно. Угол падения и отражения в первом опыте равен примерно 45 о . Угол преломления в первом опыте равен примерно 30 о .

Утверждение 2 — неверно. Угол преломления равен углу падения (и отражения, соответственно), если луч не преломляется.

Утверждение 3 — верно. По рисункам хорошо видно, что преломленный луч в обоих опытах лежит блище к нормали, проведенной в точку падения, т.е. угол преломления в обоих случаях меньше угла падения.

Утверждение 4 — неверно. Закон преломления гласит, что постоянным является отношение синуса угла падения к синусу угла преломления, а не отношение угла падения к углу преломления.

Утверждение 5 — верно. Угол падения и отражения во втором опыте равен примерно 60 о . Угол преломления во втором опыте равен примерно 40 о .

Ответ: 35

22. Свет распространяется из воздуха в масло, преломляясь на границе раздела этих сред. На каком рисунке правильно представлены падающий и преломлённый лучи?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Чем больше оптическая плотность среды, тем больше ее абсолютный показатель преломления. Чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру, проведенному в точку падения. Абсолютный показатель преломления масла больше, чем абсолютный показатель преломления воздуха. Поэтому луч в масле должен лежать ближе к перпендикуляру, чем луч в воздухе, т.е. угол преломления будет меньше, чем угол падения.

Ответ: 3

23. Световой луч падает на границу раздела двух сред. Скорость света во второй среде

1) равен скорости света в первой среде
2) больше скорости света в первой среде
3) меньше скорости света в первой среде
4) используя один луч, нельзя дать точный ответ

Нажмите, чтобы увидеть решение

Чем больше оптическая плотность среды, тем больше ее абсолютный показатель преломления. Чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру, проведенному в точку падения. Судя по рисунку, абсолютный показатель преломления второй среды больше, чем абсолютный показатель преломления первой среды, т.к. во второй среде луч лежи к перпендикуляру. Чем больше показатель преломления, тем меньше скорость света в среде, значит скорость света во второй среде меньше скорости света в первой среде.

Ответ: 3

24. Из воздуха на поверхность воды падает луч света. Под слоем воды располагается стекло. Известно, что показатель преломления стекла больше показателя преломления воды. На каком рисунке правильно изображён ход светового луча?

Нажмите, чтобы увидеть решение

В ряду «воздух-вода-стекло» абсолютный показатель преломления увеличивается. Чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру, проведенному в точку падения. Другими словами, луч все время должен приближаться к перпендикуляру, но не совпадать с ним, при переходе из одной среды в другую. Этому условию удовлетворяет рисунок 3.

Ответ: 3

25. Дима рассматривает красные розы через зеленое стекло. Какого цвета будут казаться ему розы? Объясните наблюдаемое явление. Дайте развернутое, логически связанное обоснование.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: розы будут казаться черными.

Пояснение. Их цвет зависит от света, который попадает к Диме в глаза. Красные розы поглощают все цвета, кроме красного, а красный цвет отражают. Зеленое стекло поглощает весь свет, кроме зеленого. Но зеленого цвета нет в свете, который отражают розы, – они его поглотили. К Диме в глаза через зеленое стекло не попадет никакого света от красных роз – они покажутся черными.

26. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Два параллельно идущих световых луча, распространяющихся в воздухе, на границе двух разных сред (А)__________ (см. рисунок).

Оптическая плотность среды 1 (Б)__________оптической плотности воздуха и (В)__________ оптической плотности среды 2. При небольшом увеличении угла падения углы преломления в средах 1 и 2 (Г)__________.

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Список слов и словосочетаний:

1) увеличиваются
2) уменьшаются
3) рассеиваются
4) преломляются
5) больше
6) меньше
7) равна

Нажмите, чтобы увидеть решение

Комментарий. Преломление света связано с изменением скорости распространения световых лучей при переходе из одной среды в другую. При переходе из оптически менее плотной среды в оптически более плотную среду скорость света уменьшается. При этом угол падения луча больше, чем угол преломления. Чем больше оптическая плотность среды (и чем меньше скорость света в ней соответственно), тем меньше угол преломления.

Решение. Два параллельно идущих световых луча, распространяющихся в воздухе, на границе двух разных сред (А-4) преломляются (см. рисунок). Оптическая плотность среды 1 (Б-5) больше оптической плотности воздуха и (В-6) меньше оптической плотности среды 2. При небольшом увеличении угла падения углы преломления в средах 1 и 2 (Г-1) увеличиваются.

Ответ: 4561

27. Луч света переходит из стекла в воздух, преломляясь на границе раздела двух сред. Какое из направлений 1-4 соответствует преломлённому лучу?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Чем больше оптическая плотность среды, тем больше ее абсолютный показатель преломления. Чем больше абсолютный показатель преломления, тем ближе луч к перпендикуляру, проведенному в точку падения. Абсолютный показатель преломления стекла больше, чем абсолютный показатель преломления воздуха. Поэтому луч в стекле должен лежать ближе к перпендикуляру, чем луч в воздухе, но не совпадать с ним, т.к. угол падения отличен от нуля. Получается, что луч 1, у которого угол преломления больше угла падения – соответствует переходу луча из стекла в воздух.

Ответ: 1