14. Дифракция волн

Волны могут заходить за края непрозрачной преграды. Это явление называется дифракцией. Огибание волнами преграды хорошо наблюдается, если размеры преграды или расстояние между преградами близки к длине волны. Например, для плоских волн на поверхности воды. Дифракцией света называется: огибание световыми волнами встречных препятствий с размерами, соизмеримыми с длиной волны. Под дифракцией обычно имеют в виду, как нарушение геометрической оптики, так и сопровождающие их интерференционные явления. Рассмотрим дифракцию плоских волн от двух отверстий в виде тонких щелей. Такая дифракция называется дифракцией Фраунгофера. При прохождении света через щели, по принципу Гюгенса-Френеля в этих отверстиях мы получим два когерентных источника света, т.е. на экране возникнет интерференционная картина. Условие максимума ∆r=2mλ/2, из рисунка ∆r= dsinφ, поэтому dsinφ=λm, где m – номер максимума. Величину sinφ для малых углов можно найти как sinφ=b/ . Если таких щелей большое количество, то такой прибор называется дифракционной решеткой. Для этой цели на стеклянной пластине делительной машиной наносится большое количество царапин – это преграды. Расстояние между штрихами называется постоянной решетки d.

d= 10^-3м, N- количество штрихов в 1 мм.

Выразим расстояние от нулевого максимума до наблюдаемого b= . Из формулы видно, что оно зависит от длины волны: чем больше λ, тем больше b, если на дифракционную решетку направить белый свет, то максимумы первого, второго и т.д. порядков, будут представлять сплошной спектр. Белый свет состоит из электромагнитных волн различной длины, а значит и различного цвета. Дифракционная решетка применяется для измерения длины волны λ= db/m .

Вопросы;

1. Что называется дифракцией?

2. Условие минимума?

3. Условие максимума?

4. Как определить длину волны с помощью дифракционной решётки?

5. Почему радиоволны огибают здания, а свет нет?

6. Почему красный свет рассеивается туманом меньше, чем свет другого цвета?

7. Почему в центральной части спектра, полученного на экране при освещении решётки белым светом, всегда наблюдается белая полоса?

8. В школьном кабинете физики имеются дифракционные решётки, имеющие 50 и 100 штрихов на 1 мм. Какая из них даст на экране более широкий спектр при прочих равных условиях?

9. Как изменится картина дифракционного спектра при удалении экрана от решётки?

10. Для изготовления искусственных перламутровых пуговиц на поверхности нарезают мельчайшую штриховку. После этого пуговица приобретает радужную окраску. Почему?

Рисунок 9 Установка для определения длины волны света

Рисунок 10 Компакт-диск как дифракционная решётка

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 11

1. При помощи дифракционной решётки с периодом 0,02 мм получено первое дифракционное изображение на расстоянии 3,6 см от центрального и на расстоянии 1,8 м от решётки. Найдите длину волны падающего света.

2. Расстояние между экраном и дифракционной решёткой, имеющей 125 штрихов на 1 м, равно 2,5 м. при освещении решётки светом с длиной волны 420 нм на экране видны синии линии. Определите расстояние от центральной линии до первой линии ни экране.

3. Дифракционная решётка, постоянная которой равна 0,004 мм, освещается светом с длиной волны 687 нм. Под каким углом к решётке нужно проводить наблюдение, чтобы видеть изображение спектра второго порядка?