Дифракция волн. Дифракция света

Конспект по физике для 9 класса «Дифракция волн. Дифракция света». Что такое дифракция волн. При каких условиях волны изменяют направление своего распространения. Каковы особенности дифракции световых волн. 

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике


Дифракция волн. Дифракция света

На предыдущих уроках вы познакомились с интерференцией волн, которая характерна для всех волновых процессов. Вместе с тем существует ещё одно явление, которое также присуще только волнам.

ДИФРАКЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЛН

Вероятно, вам не раз приходилось наблюдать за поведением волн на поверхности воды, когда волна встречает на своём пути различные препятствия. При этом, если размеры препятствия малы по сравнению с длиной волны, например, торчащий из воды прутик, небольшой камень и т. п., то волны его свободно огибают, смыкаясь за ним.

Совсем другая картина наблюдается, когда размеры препятствия существенно превосходят длину волны. В этом случае за препятствием (например, большим камнем) образуется область невозмущённой водной поверхности.

Особенно наглядно способность огибать препятствия наблюдается у звуковых волн. Например, мы отчётливо слышим шум работающего двигателя автомобиля за углом здания, хотя автомобиля не видим.

Когда мы работаем в комнате, то обычно закрываем дверь в шумный коридор. Если же дверь открыть настежь, то шум мешает работать. А как вы думаете, будет ли в комнате по-прежнему тихо, если дверь немного открыть и оставить узкую щель? Может быть, это почти то же самое, что и полностью закрытая дверь? Однако повседневный опыт убеждает нас в обратном: в этом случае шум из коридора так же проникает в комнату, как и при широко открытой двери.

Явление отклонения волн от прямолинейного распространения, огибание волнами препятствий называют дифракцией (от лат. diffraction — разломанный).

Рассмотрим опыт, наглядно демонстрирующий явление дифракции.

Возбудим с помощью узкой дощечки волны на поверхности воды, налитой в прямоугольную кювету, снабжённую экраном со щелью. Для этого придадим дощечке периодически колебательные движения в направлении, перпендикулярном её продольной оси. В результате по поверхности воды будут последовательно R распространяться гребни со впадинами между ними.

Опыт показывает, что если на пути волн установлен экран со щелью, размеры которой велики по сравнению с длиной волны, то волны проходят сквозь щель, почти не меняя своей формы и направления распространения. Лишь на значительном расстоянии за щелью имеет место некоторое расширение фронта волны.

Совершенно иная картина распространения волн наблюдается в случае, когда размеры щели меньше длины волны. При этом кардинально меняется форма волн за щелью — они становятся круговыми, а колебания охватывают всю поверхность воды за экраном. В данном случае дифракция волн полностью аналогична дифракции звуковых волн на щели, образованной неплотно закрытой дверью, о чём говорилось выше.

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

Рассмотренные ранее опыты по интерференции света убедительно свидетельствуют о его волновой природе. Поэтому для света должна также наблюдаться и дифракция, которая присуща любому волновому процессу. Но в отличие от дифракции механических волн, наблюдать дифракцию света много сложнее. Дело в том, что световые волны дифрагируют заметным образом только в том случае, когда размеры препятствия сравнимы с длиной волны, а она у света очень мала.

Первые опыты по дифракции света выполнил в XVII в. итальянский учёный Ф. Гримальди. В частности, пропуская узкий пучок света через малое отверстие, Гримальди обнаружил отступление от закона прямолинейного распространения света: размер светлого пятна на экране, расположенном против отверстия, оказался больше размера самого отверстия. Опыты также показали, что если диаметр отверстия (размер щели) в ширме достаточно велик, а расстояние от ширмы до экрана не очень велико, то закон прямолинейного распространения света выполняется с высокой точностью. Поскольку Гримальди разделял 4 точку зрения Гюйгенса на природу света, то наблюдаемые особенности в распространении света он объяснял как следствие его волновой природы.

Классический опыт по дифракции света был осуществлён в 1802 г. Т. Юнгом, открывшим явление интерференции света. Схема опыта по наблюдению дифракции была практически полностью аналогична опыту по интерференции света, подробно описанному выше. Световой пучок, исходивший из узкой щели первой ширмы, освещал две близко расположенные щели во второй ширме. Вследствие дифракции из этих щелей выходили два расходящихся световых пучка, которые частично перекрывались, при этом на экране, установленном за ширмой, наблюдалась интерференционная картина.

Таким образом, на основе опыта Т. Юнг продемонстрировал два важнейших свойства света — интерференцию и дифракцию. Кроме того, опираясь на результаты своего опыта, Юнг впервые получил точную оценку длины световой волны. Последовательную теорию дифракции света развил в своих работах современник Юнга французский учёный О. Френель.


Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Дифракция волн. Дифракция света». Что такое дифракция волн. При каких условиях волны изменяют направление своего распространения. Каковы особенности дифракции световых волн. ВСПОМНИТЕ: Какие виды механических волн существуют? В чём заключается главная идея опыта Юнга?

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *