Номер 4, страница 78 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

4. Как можно установить поперечность электромагнитной волны экспериментально (на практике)?

4. Поперечность электромагнитной волны можно установить экспериментально с помощью явления поляризации. Поляризация — это процесс упорядочивания колебаний вектора напряженности электрического поля (и вектора магнитной индукции) в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Это явление свойственно исключительно поперечным волнам.

Для проведения эксперимента необходимы источник электромагнитных волн (например, лампа, излучающая естественный, т. е. неполяризованный свет) и два поляризатора. Поляризатор — это устройство, которое пропускает только те волны, у которых колебания вектора напряженности электрического поля $\vec{E}$ лежат в определенной плоскости (плоскости поляризации).

Схема эксперимента:

1. На пути света от источника устанавливают первый поляризатор. Пройдя через него, свет становится плоскополяризованным, то есть колебания вектора $\vec{E}$ происходят преимущественно в одной плоскости. Интенсивность света при этом уменьшается примерно вдвое.

2. За первым поляризатором устанавливают второй, который выполняет роль анализатора. Через эту систему из двух поляризаторов наблюдают источник света.

3. Анализатор начинают вращать вокруг оси, совпадающей с направлением распространения света. При этом наблюдается изменение интенсивности (яркости) прошедшего света.

Результаты наблюдения:

• Когда плоскости поляризации поляризатора и анализатора параллельны, интенсивность прошедшего света максимальна.

• По мере вращения анализатора интенсивность света плавно уменьшается.

• Когда плоскости поляризации поляризатора и анализатора оказываются взаимно перпендикулярными (говорят, что поляризаторы скрещены), свет через систему практически не проходит, и его интенсивность становится равной нулю (в идеальном случае).

Это явление описывается законом Малюса: $I = I_{max} \cos^2 \alpha$, где $\text{I}$ — интенсивность света, прошедшего через анализатор, $I_{max}$ — максимальная интенсивность (при параллельных поляризаторах), а $\alpha$ — угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора.

Сам факт того, что можно полностью погасить волну, ориентируя второй фильтр (анализатор) определенным образом в плоскости, перпендикулярной направлению ее распространения, неопровержимо доказывает, что колебания в волне происходят именно в этой поперечной плоскости. Если бы волна была продольной (колебания вдоль направления распространения), то вращение фильтра в перпендикулярной плоскости никак не влияло бы на ее прохождение, и интенсивность не менялась бы.

Ответ: Поперечность электромагнитной волны доказывается экспериментально с помощью явления поляризации. Если пропустить электромагнитную волну последовательно через два поляризатора (поляризатор и анализатор) и при вращении анализатора наблюдать изменение интенсивности прошедшей волны от максимума до нуля, это будет служить доказательством того, что колебания в волне происходят перпендикулярно направлению ее распространения, то есть волна является поперечной.