Дифракция света. Дифракционная решётка

Лекция № 5 ДИФРАКЦИЯ СВЕТА. ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЁТКА

1.Дифракция света – а) это отклонение света от прямолинейного распространения; б) это огибание световыми волнами препятствий; в) это явление, подтверждающее волновую природу света. 2. Наблюдать дифракцию света нелегко, т. к. свет отклоняется от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной световой волны. А так как длина световой волны очень мала, то и размеры препятствий (отверстий) должны быть соответствующими. 3. В 1802 г Томас Юнг (англ), объяснивший интерференцию света, поставил классический опыт по дифракции. На первый экран с двумя щелями S1 и S2 падает световая волна от источника S. Этими отверстиями волна разделяется на две когерентные волны. Вследствие дифракции от щелей S1 и S2 выходят 2 световых конуса, которые частично перекрываются. А вследствие интерференции на сплошном экране появляются чередующиеся тёмные и светлые полосы (их появление объяснил Френель). Закрывая одно из отверстий, Юнг обнаружил, что интерференционные полосы исчезали. 4. Завершил исследование дифракции франц. физик Френель. а) создал теорию дифракции; б) впервые объяснил прямолинейное распространение света в однородной среде на основе волновой теории; в) наблюдал дифракцию света от различных препятствий (от тонкой проволоки, от круглого отверстия, от круглого экрана) 10. ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ ОПТИКИ а) Если размеры препятствий во много раз больше длины световой волны, то выполняются законы геометрической оптики. б) Если размеры препятствий во много раз меньше длины световой волны, то выполняются законы физической оптики; 11. Разрешающая способность оптических приборов а) Дифракция не позволяет получить отчётливое изображение очень мелких предметов (н-р, в микроскопах), т. к. свет в этом случае распространяется не прямолинейно, а огибает препятствия. Из-за этого изображение получается размытым. Это происходит, когда размеры предметов < λсвета б) Дифракция налагает также предел на разрешающую способность телескопа. Вследствие дифракции света изображением звезды будет не точка, а чередование тёмных и светлых полос (колец). И если 2 звезды находятся друг от друга на малом расстоянии, то их нельзя различить (их изображения сливаются) 12. ОТЛИЧИЕ ДИФРАКЦИОННОГО спектра от ДИСПЕРСИОННОГО. а) В дифракц. решётке происходит разложение белого света в цветной спектр непосредственно по длинам волн. С помощью дифр. решётки легко определить длину световой волны по формуле dsin φ = kλ б) В треугольной призме разложение белого света определяется показателем преломления n, который зависит от λ. Поэтому порядок расположения цветов в дифракционном и дисперсионном спектрах различен: а) в дифр. решётке угол отклонения волн ~ λ. Поэтому красный цвет отклоняется решёткой сильнее фиолетового (т. к λк > λф) б) в Δ призме nф > nк, поэтому призма отклоняет фиолетовые лучи сильнее красных.

5. Чтобы наблюдать дифракцию, надо: а) либо брать очень маленькие отверстия или препятствия, сравнимые с длиной световой волны; б) либо располагать их далеко от экрана (на неск. км). 6. На явлении дифракции основано устройство дифракционной решётки. Дифракционная решётка – это совокупность большого числа очень узких щелей, разделённых непрозрачными промежутками (неск. тыс. на 1 мм) а – ширина прозрачного промежутка; d = а + b b - ширина непрозрачного промежутка; период дифр. решётки 7. Пусть ┴ дифракционной решётке падает монохроматическая волна длиной волны λ. В результате дифракции от каждой щели свет распространяется не только в первоначальном направлении, но и в любых других. dsin φ = kλ формула дифракционной решётки 8. Следует помнить, что дифракционная картина = в монохроматическом свете представляет собой чередование тёмных и светлых полос; = в проходящем свете – чередование разноцветных полос. 9. Примером дифракционной решётки могут служить плотно сомкнутые ресницы, бороздки грампластинки