Геометрическая… — Задание 15 ЕГЭ по физике №00047501
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.

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
Другие задания по теме «Геометрическая Оптика» (8)
- Задание 15 №00047567 — Оптическая система состоит из тонкой собирающей линзы и предмета S. Установите…
- Задание 15 №00047566 — Предмет высотой h расположен перпендикулярно главной оптической оси тонкой…
- Задание 15 №00047503 — Ученик провёл опыт по преломлению света, представленный на рисунке. Как…
- Задание 15 №00047498 — Оптическая система состоит из тонкой собирающей линзы и предмета S. Установите…
- Задание 15 №00047479 — Пучок света переходит из стекла в воздух. Частота световой волны и её длина в…
- Задание 15 №00047442 — Пучок монохроматического света переходит из воздуха в воду. Скорость света в…
- Задание 15 №00047441 — Пучок монохроматического света переходит из воды в воздух. Частота световой…
- Задание 15 №00047440 — Пучок света переходит из стекла в воздух. Частота световой волны в стекле равна…