Презентация "Дифракция механических волн и света" 11 класс

• Дисперсия это…
• Цветность световых волн зависит от…
• Источники называются когерентными, если…
• Скорость какого излучения больше: красного или фиолетового?
• Интерференция это…
• Назовите условие максимума и минимума интерференции
• В тетрадке красным цветом написано «отлично» и зеленим «хорошо». Имеется 2 стекла – красное и зеленое. Что вы увидите в тетрадке, глядя через них?

Поведение волны определяется соотношением между длиной волны λ и размером препятствия d.

Дифракция – отклонение от прямолинейного распространения и огибание волнами препятствий

Дифракция

Становится заметной , если размеры препятствия меньше длины волны

Дифракция

Дифракция

Существует всегда

Общее свойство волн любой природы

Причина : вторичные волны , создаваемые точками среды , находящимися на краях отверстий или препятствий (принцип Гюйгенса) , проникают за препятствие , волновая поверхность искривляется и волна огибает препятствие

Дифракция наблюдается

Дифракция не наблюдается (исключение : края преград )

– диаметр отверстия

– длина волны

Дифракция наблюдается, если длина световой волны будет больше размеров препятствия:

d – размер препятствия

l – расстояние от препятствия до экрана

λ – длина волны

l ≥ d 2 / λ

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

Опыт Юнга по дифракции

Дифракция проявляется в нарушении прямолинейности распространения света!

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

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

Принцип Гюйгенса- Френеля

Возмущение в любой точке является результатом интерференции элементарных вторичных волн, излучаемых каждым элементом некоторой волновой поверхности

Решить задачу дифракции – значит найти распределение интенсивности света на экране в зависимости от размеров и формы препятствий вызывающих дифракцию

Вид дифракционной картины аналогичен интерференционной также представляет собой чередование максимумов и минимумов освещённости.

Слева кольца Ньютона в красном и зелёном свете.

Вид дифракционной картины аналогичен интерференционной также представляет собой чередование максимумов и минимумов освещённости.

Опыты Пуассона, 1818 г.

11

Щель играет роль точечного источника волн!

11

Дифракция на круглом отверстии по мере приближения к экрану с отверстием

Дифракция на дисках различного диаметра.

В центре т.н. пятно Пуассона

Дифракция на прямолинейном крае

Условие минимума Когда на отверстии укладывается четное число зон , то в точке наблюдения возникнет минимум (темное пятно)

Дифракция

на малом отверстии

Условие максимума Когда на отверстии укладывается нечетное число зон , то в точке наблюдения возникнет максимум (светлое пятно)

11

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

Дифракция на двух щелях

условие главных максимумов

Если ширина каждой щели b изменяется, а расстояние между щелями d остается постоянным то:

• при уменьшении b ширина дифракционной картины увеличивается, а ее яркость уменьшается
• при этом период интерференционных полос остаётся неизменным

Дифракция на двух ще лях

условие дополнительных минимумов

Если ширина щелей b остается постоянной, а расстояние d между щелями изменяется то:

•   частота следования интерференционных полос увеличивается пропорционально расстоянию d между щелями, в то время как ширина дифракционной картины остаётся неизменной и зависит только от b

Чем больше число щелей, тем более резко очерчены максимумы и тем более широкими минимумами они разделены

Световая энергия перераспределяется так, что большая ее часть приходится на максимумы, а в минимумы попадает незначительная часть энергии

Дифракционная решетка - спектральный прибор, служащий для разложения света в спектр и измерения длины волны

период решет ки

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

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

- период решетки

Условие max:

- длина волны

- угол отклонения световых лучей вследствие дифракции

k - порядок спектра

- период решетки

k max = [d / λ ] N = 2 k + 1

N - общее количество спектров

k max - максимальный порядок спектра

n - количество штрихов на мм

Определение длины волны света

Способность раздельного наблюдения двух спектральных линий, имеющих близкие длины волн называют разрешающей способностью решетки

Возможность различать две близко друг к другу расположенные точки, называется разрешающей способностью, или остротой зрения. В качестве стандарта остроты зрения принята способность различить две точки, разделенные углом в 1'.

Наши ресницы с промежутками между ними представляют собой грубую дифракционную решетку. Если посмотреть прищурившись, на яркий источник света, то можно обнаружить радужные цвета

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

Компакт-диск

Звезды

Окружающие звезды лучи возникли в результате дифракции света в телескопе.

Заозёрск. май 2010

Чередование цветов в дисперсионном спектре идёт от фиолетового к красному (от меньшей длины волны к большей), в дифракционном –наоборот.

В дифракционном спектре красная часть отклонена больше, чем фиолетовая, в дисперсионном- наоборот.

Явления дифракции и интерференции света помогают Природе раскрашивать всё живое, не прибегая к использованию красителей

Дифракция устанавливает предел разрешающей способности любого оптического прибора

Проявляются волновые свойства , изображение смазывается

Дифракция не видна , резкая тень

– расстояние до предмета , d – размер предмета

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

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·sin φ = k λ Выразим λ :

d =2 · 10 -6 м λ = d·sin φ / k

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

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

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

1

0

b

а

На дифракционную решетку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, падает монохроматический свет длиной волны 500 нм. Свет падает на решетку перпендикулярно. Какой наибольший порядок спектра можно наблюдать?

Какое наименьшее число штрихов должна содержать решетка, чтобы в спектре первого порядка можно было разрешить две желтые линии натрия с длинами волн 589 нм и 589,6 нм. Какова длина такой решетки, если постоянная решетки 10 мкм

Щель размером 0,5 мм освещается зеленым светом от лазера с длиной волны 500 нм. На каком расстоянии от щели можно отчетливо наблюдать дифракционную картину

Экран расположен на расстоянии 50 см от диафрагмы, которая освещается желтым светом с длиной волны 589 нм от натриевой лампы. При каком диаметре диафрагмы будет справедливо приближение геометрической оптики