Номер 2, страница 136, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Как можно объяснить изменение направления электромагнитной волны при переходе из одной среды в другую?

2. Изменение направления распространения электромагнитной волны при переходе из одной среды в другую называется преломлением. Это явление объясняется изменением скорости распространения волны при смене среды.

Скорость распространения электромагнитной волны зависит от электрических и магнитных свойств среды (ее диэлектрической проницаемости $ \epsilon $ и магнитной проницаемости $ \mu $). В вакууме скорость максимальна и равна скорости света $ c $. В любой материальной среде скорость $ v $ меньше: $ v < c $. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде называется абсолютным показателем преломления среды $ n $: $ n = c/v $. Каждая среда (например, воздух, вода, стекло) имеет свой, отличный от других, показатель преломления.

Механизм преломления наглядно описывается принципом Гюйгенса. Согласно ему, каждая точка волнового фронта, достигшего границы раздела сред, становится источником вторичных сферических волн, которые в новой среде распространяются с новой скоростью. Если волна падает на границу под углом, то разные участки ее фронта входят в новую среду в разное время. Та часть фронта, что вошла раньше, успевает пройти большее (если скорость во второй среде выше) или меньшее (если скорость ниже) расстояние, чем та часть фронта, что еще движется в первой среде. Из-за этой разницы в пройденных путях происходит поворот всего волнового фронта, что и есть изменение направления распространения волны.

Количественно этот процесс описывается законом Снеллиуса (или законом преломления):

$ n_1 \sin(\alpha) = n_2 \sin(\beta) $

Здесь $ n_1 $ и $ n_2 $ – показатели преломления первой и второй сред, $ \alpha $ – угол падения (угол между падающим лучом и нормалью к границе раздела), $ \beta $ – угол преломления (угол между преломленным лучом и нормалью). Если волна переходит в оптически более плотную среду ($ n_2 > n_1 $), ее скорость уменьшается, и она преломляется, приближаясь к нормали ($ \beta < \alpha $). При переходе в оптически менее плотную среду ($ n_2 < n_1 $) скорость волны возрастает, и она отклоняется от нормали ($ \beta > \alpha $).

Ответ: Изменение направления электромагнитной волны при переходе из одной среды в другую, называемое преломлением, происходит из-за изменения скорости ее распространения. Каждая среда характеризуется своим показателем преломления ($ n $), который определяет, во сколько раз скорость волны в данной среде меньше, чем в вакууме. Когда волновой фронт пересекает границу сред под углом, разница в скоростях в первой и второй средах вызывает "поворот" фронта волны. Это явление количественно описывается законом Снеллиуса: $ n_1 \sin(\alpha) = n_2 \sin(\beta) $.