Дифракция света

Слайд 1. Дифракция света

Волновые свойства света и границы геометрической оптики. Физика, 11 класс

Слайд 2. Что такое дифракция?

Дифракция — это явление отклонения света от прямолинейного направления при прохождении мимо краев препятствий.

С точки зрения волновой теории, свет «затекает» в область геометрической тени. Это становится возможным, когда размеры препятствия или отверстия соизмеримы с длиной волны света $\lambda$.

Слайд 3. Схема опыта на одной щели

1. Плоская световая волна падает на узкую щель шириной $a$.

2. Каждая точка щели становится источником вторичных волн (принцип Гюйгенса-Френеля).

3. Вторичные волны интерферируют между собой.

4. На экране возникает система светлых и темных полос.

Слайд 4. Условия наблюдения

Главное условие: размер препятствия $d$ должен быть сравним с длиной волны $\lambda$ ($d\approx \lambda$).

Длина волны видимого света очень мала: от $400$ до $700$ нм.

Если $d\gg \lambda$, мы наблюдаем четкую тень (законы геометрической оптики).

Если $d\le \lambda$, свет заметно огибает препятствие.

Именно поэтому мы не видим дифракцию света на дверных проемах, в отличие от звуковых волн.

Слайд 5. Интенсивность в дифракционном спектре

Центральный максимум (нулевой порядок) — самый яркий и широкий. По мере удаления от центра интенсивность максимумов резко падает. Большинство световой энергии сосредоточено в центральном пятне.

Слайд 6. Дифракционная решетка

Решетка состоит из большого числа параллельных щелей. Период (постоянная) решетки: $d=a+b$, где $a$ — ширина щели, $b$ — ширина непрозрачного промежутка.

Условие главных максимумов: $d\sin \varphi =k\lambda$. Здесь $k$ — порядок максимума ($0,\pm 1,\pm 2\dots$), а $\varphi$ — угол отклонения лучей.

Слайд 7. Примеры в природе и технике

Радужная окраска компакт-дисков (CD/DVD работают как отражательные решетки)

Венцы вокруг Луны или Солнца при прохождении света через облака

Окраска крыльев бабочек и перьев птиц (структурный цвет)

Спектральный анализ состава звезд и далеких галактик

Слайд 8. Сравнение явлений

Хотя механизмы схожи, дифракция обычно относится к ограничению фронта волны одним препятствием, а интерференция — к сложению волн от нескольких дискретных источников.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Почему дифракционная картина от белого света выглядит радужной?

Как изменится расстояние между максимумами, если погрузить установку в воду?

Почему для наблюдения дифракции радиоволн не нужны специальные приборы, в отличие от света?

Что произойдет с картиной на экране, если уменьшить период решетки $d$?

Слайд 10. Подведем итоги

Дифракция доказывает волновую природу света и устанавливает границы применимости лучевой оптики

Явление заключается в огибании волнами препятствий и проникновении в область тени

Для наблюдения необходимо, чтобы размеры объектов были сопоставимы с $\lambda$

Дифракционная решетка — основной инструмент для точного измерения длины волны