10. Луч света, распространяясь в стекле, падает на плоскопараллельную воздушную полость. Какое из построений 1-4 соответствует ходу светового луча через полость?

Решение:

При прохождении света через границу раздела двух сред (в данном случае, стекло-воздух) происходит преломление света. Лучи света, падающие на границу под углом, отклоняются.

Согласно закону Снеллиуса (закон преломления света), при переходе из оптически более плотной среды (стекло) в оптически менее плотную среду (воздух), луч света отклоняется от перпендикуляра к границе раздела. При этом угол падения \( α \) и угол преломления \( β \) связаны соотношением:

\( n_1 · ³{α} = n_2 · ³{β} \)

где \( n_1 \) — показатель преломления первой среды (стекла), \( n_2 \) — показатель преломления второй среды (воздуха). Показатель преломления стекла \( n_{стекла} \) больше показателя преломления воздуха \( n_{воздуха} \) (примерно 1.5 для стекла и 1 для воздуха).

Следовательно, \( n_1 > n_2 \).

При падении луча на границу под углом, луч будет преломляться и отклоняться от нормали (перпендикуляра к границе). При этом угол преломления \( β \) будет больше угла падения \( α \).

На рисунке показан луч, падающий на границу раздела стекло-воздух. Указаны нормаль (пунктирная линия перпендикулярная границе) и возможные направления преломленных лучей (1, 2, 3, 4).

Нужно выбрать направление, где угол между преломленным лучом и нормалью больше, чем угол между падающим лучом и нормалью.

Рассматривая построения:

• Построение 1: Луч отклоняется от нормали, угол преломления больше угла падения.
• Построение 2: Луч идет почти перпендикулярно, небольшое отклонение.
• Построение 3: Луч идет почти параллельно границе, что невозможно при падении под таким углом.
• Построение 4: Луч отклоняется к нормали, что происходит при переходе из воздуха в стекло.

Наиболее корректным построением, соответствующим переходу из стекла в воздух (из более плотной среды в менее плотную), является такое, где луч отклоняется ОТ нормали, то есть угол преломления больше угла падения.

Построение 1 показывает наибольшее отклонение от нормали, что соответствует переходу из стекла в воздух. Построение 2 также показывает отклонение от нормали, но менее выраженное. Однако, если падающий луч показан так, как на рисунке, то луч 1 является наиболее вероятным.

Внимательно рассмотрев рисунок: падающий луч падает под углом к нормали. При переходе из стекла (оптически более плотная среда) в воздух (оптически менее плотная среда), луч преломляется и отклоняется от нормали. Это значит, что угол преломления будет больше угла падения. Построение 1 показывает именно такое отклонение.

Ответ: 1.