Дифракцией называется отклонение света от прямолинейного распространения и загибание световых волн за края непрозрачных преград.

Явление дифракции объясняется на основании принципа Гюйгенса-Френеля. Согласно этому принципу каждая точка, до которой дошла волна, становится источником вторичных сферических волн, которые интерферируют друг с другом. Наблюдаемое в каждом случае распределение света есть результат интерференции вторичных волн.

Если свет проходит через малое отверстие, соизмеримое с длиной световой волны, то отверстие излучает сферические световые волны как точечный источник. При увеличении отверстия будет уже целый ряд точечных источников сферических волн, интерферирующих друг с другом, в результате загибание света за края отверстия будет меньше. Если таких отверстий много, то интерферируют световые волны, отклоняющиеся у разных отверстий.

В работе предлагается наблюдение дифракционной картины от двух щелей, сделанных на фотопластинке двумя плотно сжатыми бритвенными лезвиями, при рассматривании точечного источника света. При рассматривании источника белого света получается узкая полоска, состоящая из чередующихся поперечных цветных полос, если же рассматривается источник красного света, то такая полоска состоит из чередующихся поперечных красных и темных полосок.

Совершенно другой будет дифракционная картина при рассматривании точечных источников света через стеклянную пластинку с напыленным на нее ликоподием. Ликоподий - это споры папоротника, имеющие примерно одинаковые размеры и сферическую форму. В этом случае при рассматривании через пластинку точечного источника белого света вокруг него наблюдаются окрашенные кольца (венцы), а при рассматривании точечного источника красного света вокруг него будут темные и освещенные кольца.

Сложнее будет картина при рассматривании источников через сетку с малыми квадратными отверстиями.

Выполнение работы:

1. Расположить темное стекло с щелью вплотную к глазу и, рассматривая сквозь точечный источник монохроматического света, медленно перемещать стекло по направлению вдоль щели, чтобы получить наиболее четкую дифракционную картину. При рассматривании точечного источника дифракционное изображение представляет узкую полоску, перпендикулярную к щели и разделенную освещенными и темными полосами. Зарисовать в отчете увиденную картину.

Повторить всё, рассматривая сквозь щель точечный источник белого света.

2. Поднести к глазу стекло с напыленным ликоподием и посмотреть сквозь него на источник монохроматического света, затем на источник белого света. Обратить внимание на чередование цветов в кольцах, увиденное зарисовать цветными карандашами в отчете.

3. Используя образец с сеткой, посмотреть сквозь сетку на источник монохроматического света, затем на источник белого света. Обратить внимание на особенности изображения в этом случае и чередование цветов в нем. Увиденную картину зарисовать в отчете.

4. Повторить эти же наблюдения, используя дифракционную решетку. Решетку лучше повернуть так, чтобы дифракционное изображение располагалось по горизонтали. При рассматривании точечного источника белого света изображение представляет собой узкую полоску, состоящую из цветных спектров. Обратить внимание на чередование цветов в спектрах. Увиденные изображения зарисовать в отчете.

Контрольные вопросы:

1. Что такое дифракция света?

2. Почему частицы размером 0,3 мкм в оптический микроскоп неразличимы?

3. Если человек видит радужные кольца в чистом воздухе вокруг источника света, то доктора считают это признаком помутнения прозрачных сред глаза (началом возникновения катаракты). Почему?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

Измерение длины световой волны

Цель работы: при помощи дифракционной решетки измерить длину волны для света указанного преподавателем цвета.

Оборудование: установка для рассматривания дифракционных спектров, дифракционная решетка, штатив, источник белого света (электролампа) общий для всех.

В работе для определения длины световой волны используется дифракционная решетка с периодом мм или мм (период указан на решетке). Она является основной частью установки, изображенной на рисунке.

Решетка 1 устанавливается в держателе 2, который прикреплен к концу линейки 3. На линейке же расположен черный экран 4 с узкой вертикальной щелью 5 посередине. Экран может перемещаться вдоль линейки. На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы. Вся установка крепится на штативе 6. Если смотреть сквозь решетку и прорезь в экране на источник света, то на черном фоне экрана можно наблюдать по обе стороны от щели дифракционные спектры 1 - го, 2 - го и т.д. порядков.

Длина волны  определяется по формуле = , где d - период решетки, к - порядок спектра,  - угол, под которым наблюдается максимум света соответствующего цвета. Поскольку углы, под которыми наблюдаются максимумы 1-го и 2-го порядков не превышают 5°, можно вместо синусов углов использовать их тангенсы. Из рисунка видно, что tg= . Расстояние а отсчитывают по линии до экрана, расстояние b по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра. Окончательная формула имеет вид = .

6 4 5

Выполнение работы:

1. Расположить установку, направив её на источник света. Высоту линейки и угол её наклона подобрать такими, чтобы было удобно смотреть сквозь решетку и щель в экране на источник света. Для этого ослабить винты в муфте на штативе и произвести соответствующие перемещения линейки и снова затянуть винты. Экран установить на расстоянии 50 см от решетки.

2. Глядя сквозь дифракционную решетку и щель в экране на источник света, и перемещая решетку в держателе, установить её так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана.

3. Определить длину волны указанного цвета в спектре, порядок которого указан преподавателем, слева и справа от щели в экране и вычислить среднее значение длины волны.

4. Результаты занести в таблицу.

b м	aл м	aпр м	d м	k	л м	сп м	ср м

5. В конце отчета выписать полученный окончательный результат.

Контрольные вопросы:

1. Почему при освещении решетки белым светом в направлениях максимумов первого, второго и более высоких порядков наблюдается спектр, а максимум нулевого порядка (центральный) не окрашен.

2. Чем отличается дифракционный спектр в расположении цветов от дисперсионного спектра.