ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 8.1: Электромагнитные волны

План наблюдения и анализа явления

В данной лабораторной работе мы исследуем поведение светового луча при прохождении через стеклянную пластину с косыми гранями. Ключевым элементом является угол между гранями, равный 45^°. Когда наблюдатель смотрит через эти грани на вертикальную светлую полосу (изображение щели), происходит преломление света на границе раздела сред «воздух — стекло» и «стекло — воздух». Наша задача — описать наблюдаемый эффект и его физическую природу.

Ход работы и физические вычисления

Свет от источника проходит через первую грань пластины, затем через вторую. Поскольку грани расположены под углом 45^° друг к другу, оптическая система действует как призменное устройство или специфический вариант призмы Пельтье-Брока (в упрощенном виде для наблюдения). При горизонтальном расположении пластины перед глазом и вертикальной ориентации объекта наблюдения (щели) возникает смещение изображения.

Если бы грани были параллельны, изображение осталось бы неизменным по форме, но могло бы немного сместиться из-за толщины стекла. Однако наличие угла 45^° приводит к тому, что лучи, идущие от разных точек вертикальной полосы, преломляются неодинаково относительно горизонтали. В результате наблюдатель видит не просто прямую вертикальную линию, а её искаженное изображение. Чаще всего в таких установках наблюдается кажущееся смещение или поворот изображения, либо появление двойного изображения, если толщина пластины значительна и дисперсия заметна, хотя для монохроматического или белого света основным эффектом является геометрическое искажение траектории лучей.

Рассмотрим ход луча: входящий луч падает на первую грань, преломляется согласно закону Снеллиуса n₁sinα=n₂sinβ, проходит сквозь стекло и выходит из второй грани. Из-за непараллельности граней выходной луч не параллелен входному. Это означает, что направление взгляда на объект меняется. Вертикальная полоса будет казаться смещенной в сторону основания угла или повернутой, в зависимости от точного расположения глаз и пластины.

Проверка результата и выводы

Экспериментально подтверждается, что через пластину с углом 45^° изображение прямой линии теряет свою первоначальную ориентацию или положение относительно фона. Если перемещать пластину вверх-вниз или влево-вправо, можно заметить, как изображение «плывет» или меняет яркость контуров из-за полного внутреннего отражения на некоторых участках, если углы падения превышают критический. Для угла 45^° и показателя преломления стекла n≈1.5 критический угол составляет около 42^°, поэтому часть лучей может испытывать полное внутреннее отражение, создавая темные зоны или резкие границы видимости.

Таким образом, наблюдаемым эффектом является искажение формы и положения изображения вертикальной полосы, обусловленное преломлением света в клиновидной среде. Это демонстрирует зависимость пути луча от геометрии преломляющих поверхностей.