Задание №10 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для решения данной задачи необходимо проанализировать ход светового луча при переходе из одной среды в другую, опираясь на закон преломления света (закон Снеллиуса).

1. Переход из воздуха в стекло (верхняя граница):
Воздух является оптически менее плотной средой ($n_{возд} \approx 1$), а стекло — оптически более плотной средой ($n_{ст} \approx 1,5$). Согласно закону преломления: $n_{возд} \cdot \sin(\alpha) = n_{ст} \cdot \sin(\beta)$, где $\alpha$ — угол падения, $\beta$ — угол преломления. Так как $n_{ст} > n_{возд}$, то угол преломления должен быть меньше угла падения ($\beta < \alpha$). Это означает, что внутри пластины луч должен прижаться к перпендикуляру, восстановленному в точке падения.

2. Переход из стекла в воздух (нижняя граница):
При выходе из плоскопараллельной пластины обратно в воздух происходит обратный процесс: луч переходит из более плотной среды в менее плотную. Угол преломления на выходе будет больше угла падения внутри пластины. Математически доказывается, что для плоскопараллельной пластины луч, вышедший из неё, всегда параллелен лучу, падавшему на неё (если среды сверху и снизу одинаковы).

3. Анализ рисунка:
На рисунке показан луч, выходящий из нижней грани пластины. Чтобы найти правильный падающий луч, мы должны мысленно (или графически) продолжить этот ход в обратном направлении:
- Внутри пластины луч должен отклониться от перпендикуляра (так как при движении снизу вверх он идет из воздуха в стекло).
- На верхней границе луч должен преломиться так, чтобы падающий луч был параллелен вышедшему лучу.
- Луч 1 слишком сильно отклонен от нормали.
- Луч 3 идет без преломления на верхней границе, что невозможно.
- Луч 4 преломляется в сторону, противоположную логике закона Снеллиуса.
- Луч 2 идет параллельно выходящему лучу, что соответствует свойству плоскопараллельной пластины.

Таким образом, только построение под номером 2 удовлетворяет физическим законам преломления в плоскопараллельной стеклянной пластине.

Ответ: 2

Источник: ФИПИ