Номер 2, страница 157 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Творческие задания. § 44. Дифракция света на щели. Дифракционная решётка. Глава 5. Волновые свойства света - номер 2, страница 157.

2. Проведите сравнительный анализ световых волн и волн на воде. Результаты анализа оформите в виде презентации.

Сравнительный анализ световых волн и волн на воде выявляет как общие волновые закономерности, так и фундаментальные различия, обусловленные их физической природой.

1. Природа волны и среда распространения

Световые волны — это электромагнитные волны, представляющие собой распространяющиеся в пространстве колебания электромагнитного поля. Они не нуждаются в среде для распространения и могут двигаться в вакууме. Векторы напряженности электрического поля $\vec{E}$ и магнитной индукции $\vec{B}$ в такой волне колеблются перпендикулярно друг другу и направлению распространения.

Волны на воде — это механические волны, которые являются колебаниями частиц среды (воды) на границе с другой средой (воздухом). Для их существования и распространения необходима среда. Без воды как материальной среды такие волны невозможны.

Ответ: Световые волны являются электромагнитными и могут распространяться в вакууме, в то время как волны на воде — механические и требуют для своего распространения наличия среды.

2. Тип волны (направление колебаний)

Световые волны являются строго поперечными. Это означает, что колебания векторов $\vec{E}$ и $\vec{B}$ происходят в плоскости, перпендикулярной вектору скорости распространения волны $\vec{v}$. Именно это свойство делает возможным явление поляризации света.

Волны на воде имеют смешанный характер. Частицы воды на поверхности совершают движение одновременно и вверх-вниз (поперечная составляющая), и вперед-назад (продольная составляющая), двигаясь по круговым или эллиптическим траекториям. Из-за наличия продольной составляющей они не являются чисто поперечными.

Ответ: Световые волны — поперечные, а волны на поверхности воды — смешанные (поперечно-продольные).

3. Скорость распространения

Световые волны в вакууме распространяются с фундаментальной скоростью света $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с. При прохождении через оптически плотную среду (например, воду или стекло) их скорость $v$ уменьшается в $n$ раз, где $n$ — показатель преломления среды: $v = c/n$.

Волны на воде распространяются со скоростью, которая на много порядков меньше скорости света. Их скорость зависит от параметров среды, в первую очередь от глубины водоема $h$ и длины волны $\lambda$. Например, для длинных волн в мелкой воде ($h \ll \lambda$) скорость примерно равна $v \approx \sqrt{gh}$, где $g$ — ускорение свободного падения.

Ответ: Скорость света огромна и является константой в вакууме. Скорость волн на воде несравнимо меньше и зависит от глубины водоема и длины волны.

4. Волновые свойства (явления)

И световые волны, и волны на воде демонстрируют общие волновые явления, что подтверждает их волновую природу. К ним относятся: отражение (света от зеркала, водных волн от берега); преломление (изменение направления света при переходе из воздуха в воду, изменение направления водных волн при переходе на мелководье); интерференция (сложение волн от нескольких источников с образованием устойчивой картины усиления и ослабления) и дифракция (огибание препятствий). Однако ключевым отличием является поляризация — свойство, присущее только поперечным световым волнам и отсутствующее у волн на воде.

Ответ: Оба типа волн проявляют отражение, преломление, интерференцию и дифракцию. Отличительным свойством световых волн является поляризация.

5. Источники волн

Световые волны генерируются на микроуровне: источниками являются возбужденные атомы и молекулы, а также ускоренно движущиеся заряженные частицы. Примерами могут служить Солнце, пламя свечи, лазеры, светодиоды.

Волны на воде возникают в результате макроскопических механических воздействий на поверхность воды. Источниками могут быть ветер, брошенный камень, движение корабля, сейсмическая активность (цунами).

Ответ: Источники света связаны с электромагнитными процессами на атомном уровне, а источники волн на воде имеют механическую природу.

Итоговая сравнительная таблица

Критерий сравнения	Световые волны	Волны на воде
Природа	Электромагнитная	Механическая
Среда распространения	Не требуется (распространяются в вакууме)	Требуется (поверхность жидкости)
Тип волны	Поперечные	Смешанные (поперечно-продольные)
Скорость	В вакууме $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с, в среде меньше	Несколько м/с, зависит от $\lambda$ и $h$
Общие волновые явления	Отражение, преломление, интерференция, дифракция
Отличительное явление	Поляризация	Отсутствует