Презентация к уроку "Дифракция света"

Дифракция света

Дифракция - явление, свойственное всем волновым процессам.

Явление огибания механическими волнами преград наблюдается когда речные волны свободно огибают выступающие из воды предметы и распространяются так, как будто этих предметов не было совсем.

Звуковые волны так же огибают препятствия и мы можем слышать сигнал автомобиля за углом дома, когда самого автомобиля не видно

Дифракция механических волн

Дифракция – отклонение от прямолинейного распространения и огибание волнами препятствий

Основы теории дифракции были заложены при изучении света в первой половине XIX века в трудах Юнга и Френеля. Среди других учёных, которые внесли значительный вклад в изучение дифракции: Гримальди, Гюйгенс, Гаусс, Фраунгофер, Кирхгоф, Аббе и другие.

Дифракция была открыта Франческо Гримальди.

Объяснение явления дифракции света дано Томасом Юнгом и Огюстом Френелем, которые не только дали описание экспериментов по наблюдению явлений интерференции и дифракции света, но и объяснили свойство прямолинейности распространения света с позиций волновой теории.

Гримальди Франческо 2.IV.1618 - 28.XII.1663

В середине 17-го века итальянский ученый

Ф. Гримальди наблюдал странные тени от небольших предметов, помещенных в узкий пучок света. Эти тени не имели четких границ, были окаймлены цветными полосами.

Гримальди Франческо 2.IV.1618 - 28.XII.1663

Итальянский ученый.

С 1651 года - священник.

Открыл дифракцию света, систематически ее изучал и сформулировал некоторые правила.

Описал солнечный спектр, полученный с помощью призмы.

В 1662 г. определил величину поверхности Земли.

Дифракция света – огибание световой волной непрозрачных тел с проникновением в область геометрической тени и образованием там интерференционной картины.

Свет обладает волновыми свойствами, ему присущи явления интерференции и дифракции

Нет отдельно интерференции и отдельно дифракции – это единое явление, но в определённых условиях больше выступают интерференционные, в других – дифракционные свойства света.

Томас Юнг (13.06.1773-10.05.1829)

Английский ученый. Полиглот. Научился читать в 2 года.

Объяснил аккомодацию глаза, обнаружил интерференцию звука, объяснил интерференцию света, и ввел этот термин.

Измерил длины волн световых лучей.

Томас Юнг (13.06.1773-10.05.1829)

Дифракция света – отклонение от прямолинейного направления на резких неоднородностях среды

Когерентные волны интерферируют

Опыт Юнга

Из-за дифракции от отверстий выходят два частично перекрывающихся конуса

Для дифракции характерно не столько загибание за края преград, сколько возникновение за преградой интерференционной картины

Христиан Гюйгенса (14.04.1629 - 8.07.1695)

В становлении представлений о том, что распространение света является волновым процессом, большую роль сыграл Христиан Гюйгенс.

Принцип Гюйгенса

Каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Огибающая вторичных волн становится волновой поверхностью в следующий момент времени.

Френель Огюстен Жан (10.05.1788–14.06.1827).

Французский физик.

Научные работы посвящены физической оптике.

Дополнил известный принцип Гюйгенса, введя так называемые зоны Френеля

(принцип Гюйгенса - Френеля).

Разработал в 1818 году теорию дифракции света.

Принцип Гюйгенса-Френеля

Волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции

Френель

Френель построил количественную теорию дифракции, позволяющую рассчитывать дифракционную картину, возникающую при огибании светом любых препятствий

Фраунгофер Йозеф (6.III.1787- 7.VI.1826)

Немецкий физик.

Научные работы относятся к физической оптике.

Фраунгофер изучал дифракцию в параллельных лучах (так называемая дифракция Фраунгофера).

Сначала от одной щели, а потом от многих.

Большой заслугой учёного является использование(с 1821 года) дифракционных решеток для исследования спектров (некоторые исследователи считают его даже изобретателем первой дифракционной решетки)

дифракция Фраунгофера

Дифракционная картина

Дифракционная картина, возникающей на экране при дифракции света на линейном препятствии (щель)

Модель дифракционной картины, возникающей на экране при дифракции света на линейном препятствии (щель), при различных длинах волн падающего света.

Дифракционная картина, возникающей на экране при дифракции света на круглом препятствии (диск)

Модель дифракционной картины, возникающей на экране при дифракции света на круглом препятствии (шарик), при различных длинах волн падающего света и размерах препятствия.

Границы применимости геометрической оптики.

Наиболее отчетливо дифракция света проявляется тогда, когда выполняется данное условие (условие наблюдения дифракции).

Где D- размер препятствия или отверстия,  - длина световой волны,

L- расстояние от препятствия до места, где наблюдается дифракционная картина

2

D

³

L

l

Разрешающая способность оптических приборов.

Дифракция налагает также предел на разрешающую способность телескопа. Предельное угловое расстояние(  ) между светящимися точками, при котором их можно различать, определяется отношением длины волны(  ) к диаметру объектива (D).

Дифракцию света используют для создания чувствительных спектральных приборов

Дифракционные явления приносят не только пользу,

но и вред, ограничивая разрешающую способность оптических приборов.

Дифракционная решетка

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

.

СОВОКУПНОСТЬ БОЛЬШОГО ЧИСЛА РЕГУЛЯРНО РАСПОЛОЖЕННЫХ ЩЕЛЕЙ И ВЫСТУПОВ, НАНЕСЕННЫХ НА НЕКОТОРУЮ ПОВЕРХНОСТЬ

ОТРАЖАТЕЛЬНЫЕ

ПРОЗРАЧНЫЕ

Штрихи наносятся на зеркальную (металлическую) поверхность

Штрихи наносятся на прозрачную (стеклянную) поверхность

Дифракционная решетка

Дифракционная решётка представляет собой чередующиеся щели и непрозрачные промежутки .

d – период дифракционной решётки

n – густота штрихов (в СИ: м -1 )

d = a + b d = 1 / n

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка – совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками

Условие max:

- длина волны

- угол отклонения световых лучей вследствие дифракции

k - порядок спектра

- период решетки

Дифракционная решётка служит для наблюдения дифракционной картины, что даёт возможность определить длину падающей волны.

Дифракционная решетка

k max = [d / λ] N = 2 k + 1

N - общее количество спектров

k max - максимальный порядок спектра

n - количество штрихов на мм

Дифракционные спектры

Дифракционная решетка – спектральный прибор, служащий для разложения света и измерения длины волны

Дифракционные спектры

Дифракционные спектры

Дифракционные спектры

Дифракционные спектры

Дифракционные спектры

Примеры дифракции света

В лабораторной работе по определению длины волны с помощью дифракционной решётки получают первый дифракционный максимум на экране на расстоянии 30 см от средней линии. Период решётки 2 ·10 -3 мм, а расстояние от экрана до решётки 1,5 м. Определите длину световой волны.

Дано : Решение : Запишем формулу дифракционной решетки:

k = 1 d·sinφ = k λ Выразим λ:

d =2·10 -6 м λ = d·sinφ / k

b = 0,3 м Для малых углов: sinφ ≈ tg φ = b / a

а = 1,5 м Тогда получим: λ = ( d·b) / (kа)

λ - ? После подстановки численных данных имеем: λ = 400 нм

Ответ: λ = 400 нм

1

0

b

а