Оптика — Задание 3 ОГЭ по физике №00029645

Идея

Луч приходит из воздуха на плоскую грань стеклянного полуцилиндра и там расщепляется: часть отражается, часть проходит внутрь стекла, преломляясь. Разберёмся с геометрией снимка. Плоская грань стекла на фото лежит ВДОЛЬ линии «90°–90°» транспортира (это вертикальная линия). Нормаль — это перпендикуляр к грани, значит она направлена вдоль линии «0°–0°» (горизонтальной). Все углы в оптике отсчитываются именно от нормали, и шкала транспортира здесь удобна тем, что её деления как раз и показывают угол от линии «0°–0°», то есть от нормали.

Рассуждаем

Смотрим на падающий луч: он идёт к центру грани и пересекает шкалу вблизи деления 15°. Значит угол падения $\alpha\approx15°$.

Стекло оптически плотнее воздуха ($n\approx1{,}5$), поэтому при входе в стекло луч отклоняется К нормали, и угол преломления должен быть МЕНЬШЕ угла падения. По закону преломления $\sin\alpha=n\sin\beta$: $\sin15°\approx0{,}26$, тогда $\sin\beta\approx\dfrac{0{,}26}{1{,}5}\approx0{,}17$, откуда $\beta\approx10°$.

Это согласуется со снимком: луч, ушедший в стекло, идёт заметно ближе к нормали (к линии «0°–0°»), чем падающий, и его отклонение от неё — около 10°.

Проверим себя

Проверка на здравый смысл: из двух больших вариантов (85° и 80°) ни один не годится — такие углы означали бы, что луч в стекле идёт почти вдоль границы, то есть УДАЛЯЕТСЯ от нормали, а при переходе в более плотную среду так не бывает. Остаются 10° и 15°. Если бы преломление было 15°, то угол падения по закону преломления был бы $\sin\alpha=1{,}5\cdot\sin15°\approx0{,}39$, то есть около 23° — на фото падающий луч так далеко от нормали не уходит. А вот пара «падение около 15°, преломление около 10°» даёт $n=\dfrac{\sin15°}{\sin10°}\approx1{,}5$ — ровно показатель преломления стекла. Значит замер снят верно.