дифракция. физика. Условие возникновения дифракционных картин
 Скачать 483.4 Kb.
|
№1. Дифракция света - явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие, то на экране, расположенном на большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся тёмных и светлых колец. Если препятствие имеет линейный характер, то на экране возникает система параллельных дифракционных полос. Одномерная дифракционная решетка представляет собой систему из большого числа N одинаковых по ширине и параллельных друг другу щелей в экране, разделенных также одинаковыми по ширине непрозрачными промежутками. Дифракционная картина на решетке определяется результатом взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей, т.е. в дифракционной решетке происходит многолучевая интерференция когерентных дифрагированных пучков света, идущих от всех щелей. Дифракционная решетка - оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Число штрихов у хороших дифракционных решеток доходит до нескольких тысяч на 1 мм. Условие возникновения дифракционных картин: Законы геометрической оптики выполняются довольно точно лишь в том случае, если размеры препятствий на пути распространения света намного больше длины световой волны: Дифракция происходит в том случае, когда размеры препятствий (А) соизмеримы с длиной волны (ʎ) : А λ. Дифракционная картина, полученная на экране, расположенном за различными преградами, представляет собой результат интерференции: чередование темных и светлых полос (для монохроматического света) и разноцветных полос (для белого света) . №2. Монохроматический свет - электромагнитная волна одной определённой и строго постоянной частоты из диапазона частот, непосредственно воспринимаемых человеческим глазом. Происхождение термина монохроматический свет связано с тем, что различие в частоте световых волн воспринимается человеком как различие в цвете. Но по своей физической природе электромагнитные волны видимого диапазона не отличаются от волн других диапазонов (инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского и т. д.), и по отношению к ним также используют термин «монохроматический», хотя никакого ощущения цвета эти волны не дают. Дифракционная решётка - это оптический прибор, позволяющий получать разложение света на спектральные составляющие и измерять длины волн. Дифракционные решётки бывают прозрачными и отражательными. Дифракционная решётка изготавливается с помощью делительной машины, которая наносит штрихи на поверхность стекла или прозрачной плёнки. При этом штрихи оказываются непрозрачными промежутками, а нетронутые места служат щелями. Рассмотрим, как проходит сквозь решётку монохроматический свет, т. е. свет со строго определённой длиной волны. Отличным примером монохроматического света служит луч лазерной указки (длина волны примерно 0,65 мкм). На рисунке показан луч, падающий на одну из дифракционных решёток стандартного набора. Щели решётки расположены вертикально, и на экране за решёткой наблюдаются периодически расположенные вертикальные полосы. Интерференционная картина Дифракционная решётка расщепляет падающую волну на множество когерентных пучков, которые распространяются по всем направлениям и интерферируют друг с другом. Поэтому на экране мы видим чередование максимумов и минимумов интерференции - тёмных и светлых полос. Немонохроматическое излучение - смесь различных монохроматических волн, которые составляют спектр данного излучения. Например, белый свет - это смесь волн всего видимого диапазона, от красного до фиолетового. Оптический прибор называется спектральным, если он позволяет раскладывать свет на монохроматические компоненты и тем самым исследовать спектральный состав излучения. Простейший спектральный прибор вам хорошо известен - это стеклянная призма. К числу спектральных приборов относится также и дифракционная решётка. Предположим, что на дифракционную решётку падает белый свет. Положение центрального максимума не зависит от длины волны. В центре дифракционной картины сойдутся с нулевой разностью хода все монохроматические составляющие белого света. Поэтому в центральном максимуме мы увидим яркую белую полосу. А вот положения максимумов k определяются длиной волны. Чем меньше ʎ, тем меньше угол для данного k. Поэтому в максимуме k порядка монохроматические волны разделяются в пространстве: самой близкой k к центральному максимуму окажется фиолетовая полоса, самой далёкой - красная. Следовательно, в каждом порядке белый свет раскладывается решёткой в спектр. Максимумы первого порядка всех монохроматических компонент образуют спектр первого порядка; затем идут спектры второго, третьего и так далее порядков. Спектр каждого порядка имеет вид цветной полосы, в которой присутствуют все цвета радуги - от фиолетового до красного. Дифракция белого света показана на рисунке. Мы видим белую полосу в центральном максимуме, а по бокам - два спектра первого порядка. По мере возрастания угла отклонения цвет полос меняется от фиолетового к красному. №3. Когда на дифракционную решётку падает белый свет, то положение центрального максимума φ=0 не зависит от длины волны. В центре дифракционной картины сойдутся с нулевой разностью хода все монохроматические составляющие белого света. Поэтому в центральном максимуме мы увидим яркую белую полосу. №4. В опыте с призмой мы понаблюдали за неоднородностью и шириной спектра. Этот параметр имеет огромное значение в оптике, особенно когда речь идет о дифракционном спектре:он не сжат ни в одном направлении, все оттенки представлены равномерно и ширина зависит только от показателей самой решетки, с помощью которой и проводится разложение луча на спектр. В то время как значения ширины дисперсионного спектра зависит от длины волны. В дифракционной решетке: - есть прозрачные штрихи. - есть непрозрачные промежутки. - сумма их длин является периодом решетки. - получить это значение можно поделив единицу на количество штрихов на единицу длины решетки. Интересующая нас ширина спектра находится в обратной зависимости от периода решетки ; чем меньше этот период, тем больше ширина. Если вернуться к определению максимального порядка, можно заметить, что с увеличением значения периода решетки возрастал и порядок. Из этого сделаем вывод – ширина дифракционного спектра и его максимальный порядок находятся в обратной взаимосвязи. Так как фиолетовый свет находится ближе к центральному максимуму, то его дифракционная картинка будет менее широкой по сравнению с красной дифракционной картинкой. |