Дифракция света — студенческий портал

Дифракция света - Студенческий портал

Дифракция и дисперсия — такие красивые и похожие слова, которые звучат как музыка для ушей физика! Как все уже догадались, сегодня мы говорим уже не о геометрической оптике, а о явлениях, обусловленных именно волновой природой света.

Дисперсия света

Итак, в чем заключается явление дисперсии света? В прошлой статье мы рассмотрели закон преломления света. Тогда мы не задумывались, а точнее — не вспоминали о том, что свет (электромагнитная волна) имеет определенную длину. Давайте вспомним:

Свет – электромагнитная волна. Видимый свет – это волны, имеющие длину в интервале от 380 до 770 нанометров.

Так вот, еще старина Ньютон заметил, что показатель преломления зависит от длины волны. Другими словами, красный свет, падая на поверхность и преломляясь, отклонится на другой угол, нежели желтый, зеленый и так далее. Эта зависимость и называется дисперсией.

Дифракция света - Студенческий порталРадуга — результат дисперсии

Пропуская белый свет через призму, можно получить спектр, состоящий из всех цветов радуги. Это явление напрямую объясняется дисперсией света. Раз показатель преломления зависит от длины волны, значит, он зависит и от частоты. Соответственно, скорость света для разных длин волн в веществе также будет различна

Дисперсия света – зависимость скорости света в веществе от частоты.

Где применяется дисперсия света? Да повсюду! Это не только красивое слово, но и красивое явление. Дисперсия света в быту, природе, технике и искусстве. Вот, например, дисперсия красуется на обложке альбома группы Pink Floyd.

Дифракция света - Студенческий порталДисперсия и Пинк Флойд

Дифракция света

Перед дифракцией нужно сказать про ее «подругу» — интерференцию. Ведь интерференция и дифракция света — это явления, которые наблюдаются одновременно.

Интерференция света – это когда две когерентные световые волны при наложении усиливают друг друга или наоборот ослабляют.

Волны является когерентными, если разность их фаз постоянна во времени, а при сложении получается волна той же частоты. Будет результирующая волна усилена (интерференционный максимум) или наоборот ослаблена (интерференционный минимум) — зависит от разности фаз колебаний. Максимумы и минимумы при интерференции чередуются, образуя интерференционную картину.

Дифракция света - Студенческий порталИнтерференция волн

Дифракция света – еще одно проявления волновых свойств. Казалось бы, луч света всегда должен распространяться по прямой. Но нет! Встречая препятствие, свет отклоняется от первоначального направления как бы огибая преграду.

Какие условия необходимы для наблюдения дифракции света? Собственно, это явление наблюдается на предметах любых размеров, но на больших предметах его наблюдать трудно и почти невозможно. Лучше всего это удается сделать  на препятствиях, сопоставимых по размерам с длиной волны.

В случае со светом — это очень маленькие препятствия.

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления при прохождении вблизи преграды.

Дифракция проявляется не только для света, но и для других волн. Например, для звуковых. Или для волн на море.

Отличный пример дифракции – это то, как мы слышим песню группы Пинк Флойд из проезжающей мимо машины, когда сами стоим за углом.

Если бы звуковая волна распространялась прямо, она бы просто не достигла наших ушей, и мы бы стояли в полной тишине. Согласитесь, скучно. Зато с дифракцией гораздо веселее.

Дифракция света - Студенческий порталДифракция в природе. Паутина работает, как дифракционная решетка

Для наблюдения явления дифракции используется специальный прибор – дифракционная решетка.

Дифракционная решетка представляет собой систему препятствий, которые по размеру сопоставимы с длиной волны.

Это специальные параллельные штрихи, выгравированные на поверхности металлической или стеклянной пластины. Расстояние между краями соседних щелей решетки называется периодом решетки или ее постоянной.

Что происходит со светом при прохождении дифракционной решетки? Попадая на решетку и встречая препятствие, световая волна проходит через систему прозрачных и непрозрачных областей, в результате чего разбивается на отдельные пучки когерентного света, которые после дифракции интерферируют друг с другом. Каждая длина волны отклоняется при этом на определенный угол, и происходит разложение света в спектр. В результате мы наблюдаем дифракцию света на решетке

Дифракция света - Студенческий порталРабота дифракционной решетки

Формула дифракционной решетки:

Дифракция света - Студенческий портал

Здесь d – период решетки, фи – угол отклонения света после прохождения решетки, k – порядок дифракционного максимума, лямбда – длина волны.

Сегодня мы узнали, в чем чем заключается явления дифракции и дисперсии света. В курсе оптики очень сильно распространены задачи по теме интерференция, дисперсия и дифракция света. Авторы учебников очень любят подобные задачи.

Чего нельзя сказать о тех, кому приходится их решать. Если Вы хотите легко справиться с заданиями, разобраться в теме, а заодно и сэкономить время, обратитесь к нашим авторам.

Они помогут  Вам справиться с любой задачей!

Источник: https://Zaochnik-com.ru/blog/difrakciya-i-dispersiya-ne-putat/

Дифракция света и дифракционная решетка

  • Дифракция и интерференция света
  • Дифракционная решетка
  • Виды дифракционных решеток
  • Принцип работы дифракционной решетки
  • Формула дифракционной решетки
  • Разрешающая способность дифракционной решетки
  • Применение дифракционной решетки
  • Дифракция света и дифракционная решетка, видео
  • Первые опыты и активные исследования природы света начались еще в далеком XVII веке, когда итальянский ученый Франческо Гримальди впервые открыл такое интересное физическое явление как дифракция света. Что же такое дифракция света? Это отклонение света от прямолинейного распространения в силу определенных препятствий на его пути. Более научное объяснение причинам дифракции света было дано в начале XIX века английским ученым Томасом Юнгом, согласно нему дифракция света возможна благодаря тому, что свет представляет собой волну, идущую от своего источника и естественным образом искривляющуюся при попадании на определенные препятствия. Им же была изобретена первая дифракционная решетка, представляющая собой оптический прибор, работающий на основе дифракции света, то есть специально искривляющий световую волну.

    Дифракция и интерференция света

    Изучая поведение монохроматического пучка света, Томас Юнг, разделив его пополам, получил дифракционную картину, которая представляла собой последовательное чередование ярких и темных полос на экране. Волновая теория природы света, сформированная Юнгом, прекрасно объясняла это явление.

    Будучи волной, пучок света при попадании на непрозрачное препятствие искривляется, меняет траекторию своего движения. Так появляется дифракция света, при которой свет может, как целиком огибать препятствия (если длина световой волны больше размеров препятствия) или искривлять свою траекторию (когда размеры препятствий сопоставимы с длиной световой волны).

    Примером тут может быть попадание света через узкие щели или небольшие отверстия, как на фото ниже.

    Дифракция света - Студенческий портал

    Луч света в пещере, наглядная иллюстрация дифракции света в природе.

    А тут на картинке показано более схематическое изображение дифракции.

    Дифракция света - Студенческий портал

    Физическое явление дифракции света дополняет еще одно важное свойство световой волны – интерференция света. Суть интерференции света заключается в накладывании одних световых волн на другие. В результате может происходить искривление синусоидальной формы результирующей волны.

    Дифракция света - Студенческий портал

    Так схематически выглядит интерференция.

    При этом, волны, которые накладываются, могут, как усиливать мощь общей световой волны (при совпадении амплитуд), так и наоборот погасить ее.

    Дифракционная решетка

    Как мы писали выше, дифракционная решетка представляет собой простой оптический прибор, который искривляет световую волну.

    Дифракция света - Студенческий портал

    Вот так она выглядит.

    Дифракция света - Студенческий портал

    Или еще чуть более маленький экземпляр.

    Также дифракционную решетку можно охарактеризовать тремя параметрами:

    • Период d. Он представляет собой расстояние между двумя щелями, через которые проходит свет. Так как длина световой волны обычно находится в диапазоне нескольких десятых микрометра, то величина d обычно имеет 1 микрометр.
    • Постоянная решетка а. Это количество прозрачных щелей на длине 1 мм поверхности решетки. Эта величина обратно пропорциональна периоду дифракционной решетки d. Обычно имеет 300-600 мм-1
    • Общее количество щелей N. Высчитывается путем умножения длины дифракционной решетки на ее постоянную а. Обычно длина решетки имеет несколько сантиметров, а количество щелей при этом составляет 10-20 тысяч.

    Виды дифракционных решеток

    На самом деле есть целых два вида дифракционных решеток: прозрачная и отражающая.

    Прозрачная решетка представляет собой прозрачную тонкую пластину из стекла или прозрачного пластика, на которую нанесены штрихи.

    Штрихи эти как раз и являются препятствиями для световой волны, сквозь них она не может пройти. Ширина штриха – это и есть, по сути, период дифракционной решетки d.

    А оставшиеся между штрихами прозрачные зазоры – это щели. Такие решетки наиболее часто применяются при выполнении лабораторных работ.

    Отражающая дифракционная решетка – это металлическая либо пластиковая и отполированная пластина. Вместо штрихов на нее нанесены бороздки определенной глубины. Период d соответственно это расстояние между этими бороздками. Простым примером отражающей дифракционной решетки может быть оптический CD диск.

    Дифракция света - Студенческий портал

    Такие решетки часто используют при анализе спектров излучения, так как благодаря их дизайну можно удобно распределить интенсивность максимумов дифракционной картины на пользу максимумов более высокого порядка.

    Читайте также:  Психологическое исследование - студенческий портал

    Принцип работы дифракционной решетки

    Представим, что на нашу решетку падает свет, имеющий плоский фронт. Это важный момент, так как классическая формула будет верна при условии, что волновой фронт является плоским и параллельным самой пластинке.

    Штрихи решетки будут вносить в этот световой фронт возмущение и как результат на выходе из решетки создаться ситуация будто бы работает множество когерентных (синхронных) источников излучения.

    Эти источники и являются причиной дифракции.

    От каждого источника (по сути щели между штрихами решетки) будут распространяться световые волны, которые будут когерентными (синхронными) друг другу. Если на некотором расстоянии от решетки поместить экран, то мы сможем увидеть на нем яркие полосы, между которыми будет тень.

    Формула дифракционной решетки

    Яркие полосы, которые мы увидим на экране можно также назвать максимумами решетки. Если рассматривать условия усиления световых волн, то можно вывести формулу максимума дифракционной решетки, вот она.

    sin(θm) = m*λ/d

    Где θm это углы между перпендикуляром к центру пластинки и направлением на соответствующую линию максимума на экране. Величина m называется порядком дифракционной решетки. Она принимает целые значения и ноль, то есть m = 0, ±1, 2, 3 и так далее. λ – длина световой волны, а d – период решетки.

    Таким образом, можно рассчитать положение всех максимумов решетки.

    Разрешающая способность дифракционной решетки

    Разрешающей способностью называют способность решетки разделить две волны с близкими значениями длины λ на два отдельных максимума на экране.

    Применение дифракционной решетки

    Какое же практическое применение дифракционной решетки, в чем ее конкретная польза? Дифракционная решетка является важным и незаменимым инструментов в спектроскопии, так с ее помощью можно узнать, например, химический состав далекой звезды. Свет, идущий от этой звезды, собирают зеркалами и направляют на решетку. Измеряя значения θm можно узнать все длины волн спектра, а значит и химические элементы, которые их излучают.

    Дифракция света и дифракционная решетка, видео

    И в завершение интересное образовательное видео по теме нашей статьи от заслуженного учителя Украины – Павла Виктора, на наш взгляд его видео лекции на Ютубе по физике могут быть очень полезными для всех, кто изучает этот предмет.

    Дифракция света - Студенческий портал

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

    Источник: https://www.poznavayka.org/fizika/difraktsiya-sveta-i-difraktsionnaya-reshetka/

    Дифракция — Всё для чайников

    Подробности Категория: Оптика

    Часто волна встречает на своем пути небольшие (по сравнению с ее длиной) препятствия. Соотношение между длиной волны и размером препятствий определяет в основном поведение волны.

    Дифракция света - Студенческий портал

    Способностью огибать препятствия обладают и звуковые волны. Вы можете слышать сигнал машины за углом дома, когда самой машины не видно. В лесу деревья заслоняют ваших товарищей. Чтобы их не потерять, вы начинаете кричать.

    Звуковые волны в отличие от света свободно огибают стволы деревьев и доносят ваш голос до товарищей. Отклонение от прямолинейного распространения волн, огибание волнами препятствий, называется дифракцией. Дифракция присуща любому волновому процессу в той же мере, как и интерференция.

    При дифракции происходит искривление волновых поверхностей у краев препятствий.

    Дифракция света - Студенческий порталДифракция света - Студенческий порталЕсли размеры щели велики по сравнению с длиной волны, то картина распространения волн за экраном совершенно иная (рис. 129). Волна проходит сквозь щель, почти не меняя своей формы. Только по краям можно заметить небольшие искривления волновой поверхности, благодаря которым волна частично проникает и в пространство за экраном. Принцип Гюйгенса позволяет понять, почему происходит дифракция. Вторичные волны, испускаемые участками среды, проникают за края препятствия, расположенного на пути распространения волны.

    Дифракция света

    Если свет представляет собой волновой процесс, то, кроме интерференции, должна наблюдаться и дифракция света. Ведь дифракция — огибание волнами препятствий — присуща любому волновому движению. Но наблюдать дифракцию света нелегко.

    Дело в том, что волны заметным образом огибают препятствия, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световой волны очень мала.Пропуская тонкий пучок света через маленькое отверстие, можно наблюдать нарушение закона прямолинейного распространения света.

    Светлое пятно против отверстия будет большего размера, чем это следует ожидать при прямолинейном распространении света.

    Опыт Юнга. В 1802 г. Юнг, открывший интерференцию света, поставил классический опыт по дифракции (рис. 203). В непрозрачной ширме он проколол булавкой два маленьких отверстия В и С на небольшом расстоянии друг от друга.

    Дифракция света - Студенческий портал

     Эти отверстия освещались узким световым пучком, прошедшим в свою очередь через малое отверстие А в другой ширме. Именно эта деталь, до которой очень трудно было додуматься в то время, решила успех опыта. Интерферируют только когерентные волны.

    Возникшая в соответствии с принципом Гюйгенса сферическая волна от отверстия А возбуждала в отверстиях В и С когерентные колебания. Вследствие дифракции из отверстий В и С выходили два световых конуса, которые частично перекрывались.

    В результате интерференции световых волн на экране появлялись чередующиеся светлые и темные полосы. Закрывая одно из отверстий, Юнг обнаруживал, что интерференционные полосы исчезали.

    Именно с помощью этого опыта впервые Юнгом были измерены длины волн, соответствующие световым лучам разного цвета, причем весьма точно.

    Теория Френеля. Исследование дифракции получило свое завершение в работах Френеля.

    Френель не только более детально исследовал различные случаи дифракции на опыте, но и построил количественную теорию дифракции, позволяющую в принципе рассчитать дифракционную картину, возникающую при огибании светом любых препятствий. Им же было впервые объяснено прямолинейное распространение света в однородной среде на основе волновой теории.

    Этих успехов Френель добился, объединив принцип Гюйгенса с идеей интерференции вторичных волн. Об этом кратко уже упоминалось в четвертой главе.

    Для того чтобы вычислить амплитуду световой волны в любой точке пространства, надо мысленно окружить источник света замкнутой поверхностью.

    Интерференция волн от вторичных источников, расположенных на этой поверхности, определяет амплитуду в рассматриваемой точке пространства.

    Такого рода расчеты позволили понять, каким образом свет от точечного источника S, испускающего сферические волны, достигает произвольной точки пространства В (рис. 204).

    Дифракция света - Студенческий портал

    Если рассмотреть вторичные источники на сферической волновой поверхности радиусе R. то результат интерференции вторичных волн от этих источников в точке В оказывается таким, как если бы лишь вторичные источники на малом сферическом сегменте ab посылали свет в точку В.

    Вторичные волны, испущенные источниками, расположенными на остальной части поверхности, гасят друг друга в(результате интерференции. Поэтому все происходит так, как если бы свет распространялся лишь вдоль прямой SB, т. е. прямолинейно.

    Одновременно Френель рассмотрел количественно дифракцию на различного рода препятствиях.

    Любопытный случай произошел на заседании Французской Академии наук в 1818 г. Один из ученых, присутствовавших на заседании, обратил внимание на то, что теории Френеля вытекают факты, явно противоречащие здравому смыслу.

    При определенных размерах отверстия и определенных расстояниях от отверстия до источника света и экрана в центре светлого пятна должно находиться темное пятнышко. За маленьким непрозрачным диском, наоборот, должно находиться светлое пятно в центре тени.

    Каково же было удивление ученых, когда поставленные эксперименты доказали, что так и есть на самом деле.

    Дифракционные картины от различных препятствий. Из-за того, что длина световой волны очень мала, угол отклонения света от направления прямолинейного распространения невелик. Поэтому для отчетливого наблюдения дифракции (в частности, в тех случаях, о которых только что говорилось) расстояние между препятствием, которое огибается светом, и экраном должно быть велико.

    На рисунке 205 показано, как выглядят на фотографиях дифракционные картины от различных препятствий: а) тонкой проволочки; б) круглого отверстия; в) круглого экрана.

    Дифракция света - Студенческий портал

    Зоны Френеля для трехсантиметровой волны       

    Зонная пластинка для трехсантиметровых волн      

    Трёхсантиметровые волны: пятно Пуассона       

    Трёхсантиметровые волны: фазовая зонная пластинка      

    Круглое отверстие. Геометрическая оптика — дифракция Френеля     

    Круглое отверстие. Дифракция Френеля — дифракция Фраунгофера     

    Сравнение картин дифракции: ирисовая диафрагма и круглое отверстие      

    Пятно Пуассона      

    Дифракция Френеля на краю полуплоскости      

    Трехсантиметровые волны: дифракция Френеля на двух щелях       

    Дифракция Фраунгофера. Щель и полоска    

    Читайте также:  Государственное финансирование инновационных проектов - что это и суть понятия

    Дифракция Фраунгофера. Две щели     

    Дифракционные решетки с разными периодами      

    Двумерные дифракционные решетки      

    Трёхсантиметровые волны и очень узкая щель      

    Модель спирали Корню       

    Источник: https://forkettle.ru/vidioteka/estestvoznanie/41-

    Практическая работа по теме «Наблюдение интерференции и дифракции света". Видеоурок. Физика 11 Класс

    • Тема: Оптика
    • Урок: Практическая работа по теме «Наблюдение интерференции и дифракции света»
    • Название: «Наблюдение интерференции и дифракции света».
    • Цель: экспериментально изучить интерференцию и дифракцию света.
    • Оборудование: лампа с прямой нитью накала, 2 стеклянные пластины, проволочная рамка, мыльный раствор, штангенциркуль, плотная бумага, кусок батиста, капроновая нить, зажим.
    • Опыт 1
    • Наблюдение картины интерференции с помощью стеклянных пластин.

    Берем две стеклянные пластины, перед этим тщательно их протираем, затем плотно складываем и сжимаем. Ту интерференционную картину, которую увидим в пластинах, нужно зарисовать.

    Чтобы увидеть изменение картины от степени сжатия стекол, необходимо взять устройство зажима и с помощью винтов сжать пластины. В результате этого картина интерференции изменяется.

     Опыт 2

    Интрференция на тонких пленках.

    Чтобы пронаблюдать данный опыт, возьмем мыльную воду и проволочную рамку, затем посмотрим, как образуется тонкая пленка. Если рамку опустить в мыльную воду, то после поднятия в ней видна образовавшаяся мыльная пленка. Наблюдая в отраженном свете за этой пленкой, можно увидеть полосы интерференции.

    Опыт 3

    Интерференция на мыльных пузырях.

    Для наблюдения воспользуемся мыльным раствором. Выдуваем мыльные пузыри. То, как пузыри переливаются, это и есть интерференция света (см. Рис. 1).

    Рис. 1. Интерференция света в пузырях

    Картина, которую мы наблюдаем, может выглядеть следующим образом (см. Рис. 2).

     Дифракция света - Студенческий портал

    Рис. 2. Интерференционная картина

    Это интерференция в белом свете, когда мы положили линзу на стекло и осветили ее простым белым светом.

    Если воспользоваться светофильтрами и освещать монохроматическим светом, то картина интерференции меняется (меняется чередование темных и светлых полос) (см. Рис. 3).

    Дифракция света - Студенческий портал

    Рис. 3. Использование светофильтров

    1. Теперь перейдем к наблюдению дифракции.
    2. Дифракция – это волновое явление, присущее всем волнам, которое наблюдается на краевых частях каких-либо предметов.
    3. Опыт 4
    4. Дифракция света на малой узкой щели.

    Создадим щель между губками штангенциркуля, с помощью винтов передвигая его части.

    Для того чтобы пронаблюдать дифракцию света, зажмем между губками штангенциркуля лист бумаги, таким образом, чтобы потом этот лист бумаги можно было вытащить.

    После этого перпендикулярно подносим эту узкую щель вплотную к глазу. Наблюдая через щель яркий источник света (лампу накаливания), можно увидеть дифракцию света (см. Рис. 4).

    Дифракция света - Студенческий портал

    Рис. 4. Дифракция света на тонкой щели

    • Опыт 5
    • Дифракция на плотной бумаге
    • Если взять плотный лист бумаги и сделать бритвой надрез, то, поднеся этот разрез бумаги вплотную к глазу и меняя расположение соседних двух листочков, можно наблюдать дифракцию света.
    • Опыт 6
    • Дифракция на малом отверстии

    Чтобы пронаблюдать такую дифракцию, нам потребуется плотный лист бумаги и булавка. С помощью булавки делаем в листе маленькое отверстие. Затем подносим отверстие вплотную к глазу и наблюдаем яркий источник света. В этом случае видна дифракция света (см. Рис. 5).

    Изменение дифракционной картины зависит от величины отверстия.

    Дифракция света - Студенческий портал

    Рис. 5. Дифракция света на малом отверстии

    Опыт 7

    Дифракция света на кусочке плотной прозрачной ткани (капрон, батист).

    Возьмем батистовую ленту и, расположив ее на небольшом расстоянии от глаз, посмотрим сквозь ленту на яркий источник света. Мы увидим дифракцию, т.е. разноцветные полосы и яркий крест, который будет состоять из линий дифракционного спектра.

    На рисунке представлены фотографии дифракции, которую мы наблюдаем (см. Рис. 6).

    Дифракция света - Студенческий портал

    Рис. 6. Дифракция света

    Отчет: в нем должны быть представлены рисунки интерференции и дифракции, которые наблюдались в ходе работы.

    Изменение линий характеризует, как происходит та или иная процедура преломления и сложения (вычитания) волн.

    На основании дифракционной картины, полученной от щели, создан специальный прибор – дифракционная решетка. Она представляет собой набор щелей, через которые проходит свет. Этот прибор нужен для того, чтобы проводить детальные исследования света. Например, с помощью дифракционной решетки можно определить длину световой волны.

    Рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

    1. Физика (Источник).
    2. Первое сентября. Учебно-методическая газета (Источник).

    Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/11-klass/boptikab/prakticheskaya-rabota-po-teme-nablyudenie-interferentsii-i-difraktsii-sveta

    Пути света

    • Предмет: Физика
    • Класс: 11 классы.
    • Тема: Дифракция света
    • Основной вопрос: Может ли свет огибать препятствия и как это будет происходить.
    • Гипотеза:
    • Свет распространяется прямолинейно и следовательно, обходить препятствия не может.
    • Цели: 
    • Изучение световых явлений на примере дифракции и выявление условий её возникновения и ограничения , которые она накладывает на применение законов геометрической оптики.
    • Задачи: 
    1. Изучить из теории явление дифракции, условия её возникновения и условия при которых она накладывает ограничение на применение законов геометрической оптики .
    2. Провести опыты наглядно показывающие/объясняющие явление дифракции.

    Этапы:

    1. Ознакомиться с теорией и информацией в сети интернет.
    2. Провести консультацию у учителей физики и проанализировать видео ранее найденных опытов в сети интернет.
    3. Провести собственные  эксперименты  (опыты с бумагой, с булавкой и CD-диском).
    4. Проанализировать полученные результаты.
    5. Сделать выводы.

    Результаты изучения научной литературы

    1. Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий.
    2. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени.

    3. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец.

    4. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

    Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона, но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным.

    Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом.

    Явление дифракции накладывает ограничения на применение законов геометрической оптики:

    • Закон прямолинейного распространения света, законы отражения и преломления света выполняются достаточно точно только , если размеры препятствий много больше длины световой волны.
    • Дифракция накладывает предел на разрешающую способность оптических приборов:
    • — в микроскопе при наблюдении очень мелких предметов изображение получается размытым
      — в телескопе при наблюдении звезд вместо изображения точки получаем систему светлых и темных полос.
    • Постановка опытов:
      ОПЫТ С БУМАГОЙ

    Можно  увидеть дифракцию света и на круглом отверстии в листе черной бумаги.
    Сделайте большое отверстие, например, при помощи дырокола. Тогда под лупой будет видна легкая цветная кайма по его краям снаружи. У луча света, выходящего из большого отверстия, дифракционная картина почти незаметна. В большинстве случаев ее можно вообще не учитывать, полагая, что свет распространяется исключительно прямолинейно. Дифракционная картина крохотного отверстия, проколотого в бумаге иглой, гораздо больше, чем оно само, и  выглядит как система колец.

    Дифракция света - Студенческий портал

    В этом случае  отверстие  выступает  как источник света с малыми угловыми размерами. Его можно заменить светящейся точкой любого происхождения.

    Взяв, например, отражение солнца в шарике от подшипника, лежащем на черном фоне, можно увидеть отчетливую картину, состоящую из колец, как дифракция на отверстии.

    Отражение солнца в шарике — не что иное, как его оптически уменьшенное изображение! Так, например, в шарике диаметром 3 мм мы видим солнце таким, каким бы оно виделось с очень далекой планеты. Поэтому звезды, находящиеся от нас гораздо дальше, предстают перед окуляром обычного телескопа как крохотные светящиеся точки, при увеличении которых можно видеть лишь их дифракционные картины.

    ОПЫТ С БУЛАВКОЙ

    Обычная булавка с колечком укреплена на кусочке дерева и освещена лампой карманного фонари с расстояния 1 — 1,5 м. Если на булавку посмотреть через лупу, то станет отчетливо видна дифракционная картина.

    Дифракция света - Студенческий портал
    Точно так же рассмотрение мелких предметов через микроскоп с очень большим увеличением позволяет отчетливо видеть их дифракционные картины, и  их нередко принимают за реальные детали,  иногда приводило  к ложным открытиям.

    Примеры дифракции в природе и в быту:

    Тонкий слой облаков из водяных капелек, закрывающий солнце или месяц, действует как дифракционная решетка. Светило кажется окруженным разноцветным венцом (радужным ореолом) . В случае игольчатых, ледяных облаков получается другое явление: узкое кольцо большого радиуса вокруг солнца или луны. Оно возникает вследствие преломления света.

    Если рассматривать пламя свечи через запотевшее стекло, посыпанное очень мелким порошком, то пламя кажется окруженным радужным ореолом.

    Радуга возникает в основном вследствие преломления и полного отражения солнечных лучей в шарообразных каплях дождя.

    Читайте также:  Судебное доказывание и судебные доказательства - студенческий портал

    Радуга состоит из спектра, расположенного таким образом, что внешняя сторона радуги окрашена в красный цвет, а внутренний край – в фиолетовый цвет; от внешнего края до фиолетового располагаются все остальные цвета спектра.

    Радиус полукруга виден под углом зрения в 42,5º. Побочная радуга имеет внутренний радиус, видный под углом в 51º, и окрашена изнутри в красный цвет, а снаружи в фиолетовый.

    Выводы: 

    1. Изучив теорию и проведя опыты, мы сделали вывод, что в средах, в которых скорость волны плавно (по сравнению с длиной волны) меняется от точки к точке, распространение волнового пучка является криволинейным.
    2. При этом световая волна также может огибать препятствие, но размеры препятствия должны быть сравнимы с длинной её волны, следовательно наша гипотеза была не верна.
    3. Мы выяснили, что явление дифракции накладывает ограничения на применение законов геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света, законы отражения и преломления света выполняются достаточно точно только , если размеры препятствий много больше длины световой волны.
    4.  

      Дифракция накладывает предел на разрешающую способность оптических приборов: в микроскопе при наблюдении очень мелких предметов изображение получается размытым; в телескопе при наблюдении звезд вместо изображения точки получаем систему светлых и темных полос.

    Ссылки на ресурсы:

    http://www.physics.ru Информационный портал о физике «ФИЗИКОН»

    https://ru.wikipedia.org/wiki/Дифракция «Википедия» – Энциклопедия.

    http://class-fizika.spb.ru/ «Класс!ная физика – занятные страницы»

    http://www.scienceforum.ru/ Научный форум

    Презентация

    Дифракция

    Источник: http://iteach.vspu.ru/07-2015/7324/

    Дифракция света

    • Основные примеры явления.
    • История происхождения.
    • Понятие дифракции света.

    Определение 1 Дифракция света представляет собой явление, при котором происходит отклонение света от прямого направления его распространения, когда он проходит в непосредственной близости к каким-либо препятствиям.

    Основные примеры явления

    Классическая физика предполагает описывать это явление в соответствие с интерференцией волны. Такое явление появляется, когда волна движется и сталкивается с препятствием или отверстием, через которое не может пройти.

    Обычно, длина препятствия должна быть равной длине волны. Такие явления возникают, когда волна пересекает те пространства, в которых изменяется угол преломления света.

    Данное явление признано фундаментальным в области исследований физики.

    Явление дифракции относится к любым существующим видам волн: звуковым, световым, электромагнитным. Даже применительно к лучам рентгена и радиоволнам.

    В связи с тем, что световые волны присущи всем физическим существам, то дифракция может относиться и к тем предметам, которые изучаются квантовой физикой.

    Эта область знаний поможет дополнить выводы, которые можно сделать на основе исследований классической физики.

    Примеры. Дифракцию можно заметить достаточно легко в обычной жизни каждый день. Одними из показательных примеров являются световые дифракции. Если рядом расположить два диска, то они будут рассматриваться как своеобразные дифракционные решетки.

    Так же можно наблюдать явления дифракции в атмосфере, например, они могут привести к образованию яркого кольца около источника света.

    Эти явления являются прямым доказательством, что свет распространяется в виде волн.

    Можно заметить, что морские волны и волны океана распространятся вокруг пристани потоками. Звуковые волны часто огибают препятствия, поэтому можно слышать музыку в другой комнате. Или слышать звук голоса, если человек стоит за стеной или деревом.

    История происхождения

    Явление дифракции всегда интересовало ученых. Первые серьезные исследования начались еще в далеком семнадцатом веке. Одним из первых исследований были проведены Гримальди Франческо Марией.

    Этот ученый и стал тем, кто предложил называть подобные явления именно дифракцией.

    Он долгое время изучал все процессы и явления, которые были связаны с распространением волн, однако первые его труды удалось опубликовать только после смерти ученого.

    Еще одним выдающимся исследователем дифракции стал Томас Юнг. Среди его блестящих экспериментов особенно известным является эксперимент 1803 года.

    Именно тогда была продемонстрирована интерференция таких волновых потоков, которые начинаются из двух разных мест. Именно тогда он установил, что распространение должно происходить волнообразно.

    Данное явление было в дальнейшем использовано физиками для подтверждения волновой теории не только света, но и других веществ и явлений.

    Френель предложил еще более точные варианты своих исследований. Работы были выпущены в 1815 году, так обозначались основные положения его теории. Он описал явление вторичных волн.

    Далее он подробно описал свой эксперимент, в результате которого было полностью доказана волновая природа света.

    Ученый долгое время занимался проведением подобных экспериментов, чтобы в итоге прийти к тем выводам, которые берут за основу современные исследователи.

    Понятие дифракции света

    Дифракция может быть описана следующим образом. Если существует щель небольшой ширины, которая полностью освещается светом, то она осуществит преломление света. Если щель широкая, то произойдет явление интерференции. Так как лучи будут проходить большими потоками и распространяться.

    Что из себя представляет дифракционная решетка? Это оптический компонент, который имеет промежутки между закрытыми полостями. Именно они расщепляют свет на множество лучей, которые расходятся в различные направления. Чтобы определить количество света, надо сложить все показатели.

    Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/difrakciya-sveta/

    Дифракция света

    В рамках геометрической оптики, распространение луча в оптически однородной среде — прямолинейное, однако в природе существует ряд явлений, где можно наблюдать отклонение от этого условия.

    Дифракция – явление огибания световыми волнами встреченных препятствий. В школьной физике изучаются две дифракционные системы (системы, при прохождении луча в которых наблюдается дифракция):

    • дифракция на щели (прямоугольном отверстии)
    • дифракция на решётке (набор равноотстоящих друг от друга щелей)

    Дифракция на щели — дифракция на прямоугольном отверстии (рис. 1).

    Рис. 1. Дифракция на щели

    Пусть дана плоскость со щелью, шириной , на которую под прямым углом падает пучок света А. Большинство света проходит на экран, однако часть лучей дифрагирует на краях щели (т.е. отклоняется от своего первоначального направления). Далее эти лучи интерферируют друг с другом с образованием дифракционной картины на экране (чередование ярких и тёмных областей). Рассмотрение законов интерференции достаточно сложно, поэтому ограничимся основными выводами.

    Полученная дифракционная картина на экране состоит из чередующихся областей с дифракционными максимумами (максимально светлыми областями) и дифракционными минимумами (максимально тёмными областями).

    Эта картина симметрична относительно центрального светового пучка. Положение максимумов и минимумов описывается углом относительно вертикали, под которым они видны, и зависит от размера щели и длины волны падающего излучения.

    Положение этих областей можно найти используя ряд соотношений:

    • для дифракционных максимумов
    • где
      • — ширина щели,
      • — угол между вертикалью и направлением на максимум,
      • — порядок максимума (счётчик), 
      • — длина волны света.

    Нулевым максимумом дифракции называется центральная точка на экране под щелью (рис. 1).

    • для дифракционных минимумов
    • где
      • — ширина щели,
      • — угол между вертикалью и направлением на минимум,
      • — порядок минимума (счётчик), 
      • — длина волны света.

    Вывод: по условиям задачи необходимо выяснить: максимум или минимум дифракции необходимо найти и использовать соответствующее соотношение (1) или (2).

    Дифракция на дифракционной решётке. 

    Дифракционной решёткой называется система, состоящая из чередующихся щелей, равноотстоящих друг от друга (рис. 2).

    Рис. 2. Дифракционная решётка (лучи)

    Так же, как и для  щели, на экране после дифракционной решётки будет наблюдаться дифракционная картина: чередование светлых и тёмных областей. Вся картина есть результат интерференции световых лучей друг с другом, однако на картину от одной щели будет воздействовать лучи от других щелей. Тогда дифракционная картина должна зависеть от количества щелей, их размеров и близкорасположенности.

    Введём новое понятие — постоянная дифракционной решётки:

    (3)

    • где
      • — постоянная дифракционной решётки,
      • — расстояние между щелями,
      • — ширина щели.

    Тогда положения максимумов и минимумов дифракции:

    • для главных дифракционных максимумов (рис. 3)

    (4)

    • где
      • — постоянная дифракционной решётки,
      • — угол между вертикалью и направлением на максимум.
      • —  порядок максимума (счётчик), 

    Рис. 3. Дифракционная решётка (максимумы)

    • для дифракционных минимумов

    (5)

    • где
      • — ширина щели,
      • — угол между вертикалью и направлением на минимум,
      • — порядок минимума (счётчик), 
      • — длина волны света.

    Отдельным вопросом задач на дифракцию является вопрос о наибольшем количестве максимумов, которые можно наблюдать в текущей системе. Наибольший угол, под которым можно наблюдать максимум — , тогда, исходя из (4):

    (6)

    Главное помнить, что число максимумов — число, т.е. от полученного ответа необходимо брать только целую часть.

    Вывод: по условиям задачи необходимо выяснить: максимум или минимум дифракции необходимо найти и использовать соответствующее соотношение (4) или (5).

    Общий вывод: задачи на дифракцию должны содержать в себе словосочетания, связанные с «дифракцией». Далее разбираемся с объектом: щель или дифракционная решётка и используем соответствующие соотношения для минимума или максимума.

    Источник: https://www.abitur.by/fizika/teoreticheskie-osnovy-fiziki/optika/volnovaya-optika/difrakciya-sveta/

    Ссылка на основную публикацию