Global EE

Геометрическая… — Задание 15 ЕГЭ по физике №00047501

Задание №15. Электродинамика. Установление Соответствия

Геометрическая Оптика

№2. Задание 15

ID: 00047501

Исследовались возможные способы наблюдения полного внутреннего отражения. В первом из них узкий пучок света шёл из алмаза в воду (см. рис. 1), во втором — из воды в алмаз (см. рис. 2). (Показатель преломления алмаза в обоих случаях равен $n_1$, $n_1\gt n_2$.) При каких углах падения возможно наблюдение этого явления? Установите соответствие между способами и условиями наблюдения.

Рисунок к заданию 15 ЕГЭ по физике — Геометрическая Оптика

СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ

А) свет идёт из алмаза в воду (рис. 1)

Б) свет идёт из воды в алмаз (рис. 2)

УСЛОВИЯ НАБЛЮДЕНИЯ

1) наблюдать нельзя ни при каких углах падения

2) наблюдается при $\alpha\gt\alpha_0$, где $\sin\alpha_0=\dfrac{n_2}{n_1}$

3) наблюдается при $\alpha\lt\alpha_0$, где $\sin\alpha_0=\dfrac{n_2}{n_1}$

4) наблюдается при $\alpha\gt\alpha_0$, где $\sin\alpha_0=n_2$

А

Б

 

 

 

 

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Источник: ФИПИ

Решение

Полное внутреннее отражение — это когда свет, падая на границу двух сред, вообще не выходит во вторую среду и целиком отражается обратно. Возможно оно только при переходе из оптически более плотной среды (больший показатель преломления) в менее плотную. В задаче показатель алмаза $n_1$ больше, чем у воды $n_2$.

Почему так. По закону преломления $n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta$. Если свет идёт из алмаза в воду, то $\sin\beta=\dfrac{n_1}{n_2}\sin\alpha$ — преломлённый луч отклоняется от нормали сильнее падающего. При некотором угле падения $\alpha_0$ угол преломления достигает $90^\circ$:

$$n_1\sin\alpha_0=n_2\sin90^\circ\ \Rightarrow\ \sin\alpha_0=\dfrac{n_2}{n_1}.$$

При больших углах преломлённого луча нет — свет полностью отражается.

А) Из алмаза в воду — из более плотной среды в менее плотную. Полное внутреннее отражение наблюдается при $\alpha\gt\alpha_0$, $\sin\alpha_0=\dfrac{n_2}{n_1}$: позиция 2.

Б) Из воды в алмаз — в более плотную среду. Здесь $\sin\beta=\dfrac{n_2}{n_1}\sin\alpha\lt\sin\alpha$: преломлённый луч прижимается к нормали и существует при любом угле падения, вплоть до $90^\circ$. Полного внутреннего отражения нет ни при каких углах: позиция 1.

Формула 4 неверна: $\sin\alpha_0=n_2$ больше единицы (у воды $n_2\approx1{,}33$), такого угла не бывает.

Итог: А — 2, Б — 1.

Ответ

21
Другие задания по теме «Геометрическая Оптика» (8)