Задание №10 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для решения данной задачи воспользуемся законом преломления света (законом Снеллиуса) и правилами построения хода лучей на границе двух сред.

1. Анализ сред: Луч света переходит из воздуха в стекло. Воздух является оптически менее плотной средой (показатель преломления $n_{1} \approx 1$), а стекло — оптически более плотной средой ($n_{2} \approx 1,5$). Таким образом, $n_{2} > n_{1}$.

2. Закон преломления: Согласно закону преломления света, отношение синуса угла падения $\alpha$ к синусу угла преломления $\beta$ равно отношению показателей преломления сред:
$\frac{\sin \alpha}{\sin \beta} = \frac{n_{2}}{n_{1}}$.
Поскольку свет переходит из среды с меньшим показателем преломления в среду с большим ($n_{2} > n_{1}$), то синус угла падения должен быть больше синуса угла преломления ($\sin \alpha > \sin \beta$). Следовательно, угол преломления $\beta$ должен быть меньше угла падения $\alpha$.

3. Геометрический анализ:
— Углы падения и преломления отсчитываются от перпендикуляра к границе раздела сред, восстановленного в точке падения луча. На рисунке этот перпендикуляр обозначен пунктиром (или совпадает с направлением 4).
— Луч 1 соответствует случаю отражения (он находится в той же полуплоскости, что и падающий луч, если рассматривать симметрию, но здесь он показан внутри среды, что неверно для преломления).
— Луч 2 является продолжением падающего луча без изменения направления. Это возможно только если показатели преломления сред равны, что не соответствует условию.
— Луч 4 идет вдоль перпендикуляра. Это возможно только при падении луча перпендикулярно поверхности ($\alpha = 0^{\circ}$).
— Луч 3 отклоняется к перпендикуляру, то есть угол между этим лучом и нормалью меньше, чем угол падения. Это полностью соответствует переходу света из воздуха в стекло ($n_{2} > n_{1} \Rightarrow \beta < \alpha$).

Таким образом, преломлённому лучу соответствует направление 3.

Ответ: 3

Источник: ФИПИ