Номер 2, страница 78 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

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

2. Решение

Изменение направления распространения электромагнитной волны при переходе из одной среды в другую называется преломлением. Это явление можно объяснить изменением скорости распространения волны.

Скорость электромагнитной волны $\text{v}$ зависит от электрических и магнитных свойств среды, в которой она распространяется, а именно от ее диэлектрической проницаемости $\epsilon$ и магнитной проницаемости $\mu$: $v = \frac{1}{\sqrt{\epsilon\mu}}$. В вакууме скорость максимальна и равна скорости света $c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0\mu_0}}$.

При переходе волны из одной среды в другую (например, из воздуха в воду), ее скорость меняется. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде называется абсолютным показателем преломления среды $\text{n}$: $n = \frac{c}{v}$. Поскольку в любой среде $v < c$, показатель преломления $\text{n}$ всегда больше единицы.

Механизм изменения направления можно наглядно объяснить с помощью принципа Гюйгенса. Согласно этому принципу, каждая точка волнового фронта является источником вторичных сферических волн. Новый волновой фронт представляет собой огибающую этих вторичных волн.

Когда волновой фронт падает на границу раздела двух сред под углом, разные его участки достигают границы в разное время. Тот участок, который входит в новую среду раньше, начинает распространяться с новой скоростью (например, медленнее), в то время как другие участки фронта еще движутся в первой среде со старой скоростью. Из-за этой разницы в скоростях и, следовательно, в расстояниях, пройденных разными частями волны за одно и то же время, происходит "поворот" или "излом" волнового фронта. Это и есть изменение направления распространения волны.

Количественно это явление описывается законом Снеллиуса (законом преломления): $n_1 \sin(\alpha) = n_2 \sin(\beta)$, где $n_1$ и $n_2$ — показатели преломления первой и второй сред, $\alpha$ — угол падения, а $\beta$ — угол преломления (углы отсчитываются от перпендикуляра к границе раздела сред).

Ответ: Изменение направления электромагнитной волны при переходе из одной среды в другую объясняется изменением скорости ее распространения. Это явление, называемое преломлением, происходит из-за того, что разные участки волнового фронта входят в новую среду в разное время и движутся в ней с другой скоростью, что приводит к повороту фронта волны.