Номер 2, страница 60 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

2. Как на опыте можно наблюдать такие свойства электромагнитных волн, как отражение, поглощение и преломление?

1. Электромагнитные волны обладают рядом фундаментальных свойств, которые определяют их поведение и взаимодействие с веществом. Ключевые свойства включают:

Распространение в вакууме: В отличие от механических волн (например, звука), электромагнитные волны не нуждаются в среде для распространения и могут перемещаться в вакууме. Скорость их распространения в вакууме является фундаментальной физической константой — скоростью света, $c \approx 299792458$ м/с (часто округляется до $3 \cdot 10^8$ м/с).

Поперечность волн: Электромагнитные волны являются поперечными. Это означает, что колебания векторов напряженности электрического поля ($\vec{E}$) и индукции магнитного поля ($\vec{B}$) происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях, которые, в свою очередь, перпендикулярны направлению распространения волны.

Перенос энергии и импульса: Электромагнитные волны переносят энергию и импульс от источника к приёмнику. Энергия, переносимая волной, пропорциональна квадрату её амплитуды. Передача импульса при поглощении или отражении волн проявляется как световое (или радиационное) давление, которое, хоть и мало, может быть измерено.

Волновые явления: Как и любые волны, электромагнитные волны проявляют свойства отражения (например, от зеркала), преломления (изменение направления на границе сред, как в линзе), поглощения (преобразование энергии волны во внутреннюю энергию вещества), интерференции (сложение волн), дифракции (огибание препятствий) и поляризации (выделение определённого направления колебаний вектора $\vec{E}$).

Широкий спектр: Существует непрерывный спектр электромагнитных волн, различающихся по частоте $f$ и длине волны $\lambda$ (связанных соотношением $c = \lambda \cdot f$). Этот спектр включает (в порядке возрастания частоты) радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-излучение. Физическая природа всех этих излучений одинакова.

Источник волн: Источником электромагнитных волн являются ускоренно движущиеся электрические заряды или изменяющиеся со временем электрические и магнитные поля.

Ответ: Электромагнитные волны — это поперечные волны, способные распространяться в вакууме со скоростью света, переносить энергию и импульс. Они характеризуются явлениями отражения, преломления, поглощения, интерференции, дифракции, поляризации и существуют в широком диапазоне частот, образуя электромагнитный спектр. Их источником служат ускоренно движущиеся заряды.

2. Наблюдать свойства отражения, поглощения и преломления электромагнитных волн можно на простых и наглядных опытах, используя разные диапазоны электромагнитного спектра (например, видимый свет или микроволны).

Отражение

Отражение — это явление, при котором волна, падающая на границу раздела двух сред, изменяет направление своего распространения и возвращается в исходную среду.

Опыт с видимым светом: Самый простой пример — отражение света от зеркала. Если в затемненной комнате направить луч от лазерной указки на плоское зеркало, можно четко увидеть отраженный луч. С помощью транспортира можно измерить угол падения (угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности) и угол отражения (угол между отраженным лучом и перпендикуляром). Опыт покажет, что эти углы равны, что демонстрирует закон отражения.

Опыт с микроволнами: В лабораторных условиях можно использовать генератор микроволн (передатчик) и приёмник, подключенный к индикатору (например, амперметру). Если на пути волны между передатчиком и приёмником поставить металлический лист, приёмник перестанет регистрировать сигнал. Однако, если расположить приёмник так, чтобы он улавливал волну, отраженную от листа под тем же углом, под которым она падала, сигнал снова появится. Этот принцип лежит в основе работы радаров.

Поглощение

Поглощение — это процесс, при котором энергия электромагнитной волны при прохождении через вещество преобразуется в другие виды энергии, чаще всего во внутреннюю (тепловую) энергию вещества.

Опыт с видимым светом: Предметы темного цвета поглощают видимый свет лучше, чем светлые. Если в солнечный день положить на подоконник два листа картона, черный и белый, то через некоторое время черный картон нагреется значительно сильнее. Это доказывает, что его поверхность поглотила больше энергии световых волн и преобразовала её в тепло.

Опыт с микроволнами: Работа бытовой микроволновой печи является прямой демонстрацией поглощения. Микроволны, генерируемые магнетроном, имеют частоту, которая эффективно поглощается полярными молекулами, в первую очередь молекулами воды в продуктах. Поглощая энергию, молекулы начинают интенсивно колебаться, что приводит к увеличению внутренней энергии продукта, то есть к его нагреву. Поставив стакан с водой в печь на минуту, можно наблюдать её сильный нагрев или даже кипение.

Преломление

Преломление — это изменение направления распространения волны при её переходе из одной среды в другую, где скорость её распространения иная.

Опыт с видимым светом: Классический опыт — наблюдение за карандашом или ложкой, опущенными в стакан с водой. Предмет кажется «изломанным» на границе воды и воздуха. Это происходит потому, что лучи света, идущие от подводной части предмета, преломляются при выходе из воды в воздух, меняя своё направление. Другой наглядный пример — прохождение луча света через стеклянную призму, которое не только преломляет свет, но и разлагает его в спектр из-за зависимости показателя преломления от длины волны (дисперсия).

Опыт с микроволнами: Для демонстрации преломления микроволн можно изготовить большую призму из материала, прозрачного для них, например, из парафина или плексигласа. Направив на одну грань призмы пучок микроволн от передатчика, можно с помощью подвижного приёмника обнаружить, что пучок, вышедший из другой грани, отклонился от своего первоначального направления.

Ответ: Отражение можно наблюдать с помощью зеркала и лазерной указки (для света) или металлического листа и СВЧ-генератора. Поглощение демонстрируется нагревом темных предметов на солнце или разогревом пищи в микроволновой печи. Преломление наглядно видно на примере «сломанной» ложки в стакане с водой или при прохождении света через стеклянную призму.