Дисперсия. Интерференция. Дифракция. Дифракционная решетка.

Тема: «Дисперсия. Интерференция. Дифракция»

11 класс

Дисперсия

Дисперсия - это физическое явления разложение белого света в спектр в результате взаимодействия с веществом.

Опыт Ньютона:

Ньютон направил на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов.

.

Ньютон выделил семь цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Саму радужную полоску Ньютон назвал спектром.

Спектр - совокупность цветных полос, получающихся при прохождении светового луча через преломляющую среду .

Закрыв отверстие красным стеклом, Ньютон наблюдал на стене только красное пятно, закрыв синим стеклом — синее пятно и т. д. Это означало, что не призма окрашивает белый свет, как предполагалось раньше. Призма не изменяет свет, а лишь разлагает его на составные части.

Каждый цвет спектра является монохроматическим. Монохроматический свет – одноцветный свет.

Слайд 7

В: Что такое свет с точки зрения физики?

(О: это электромагнитная волна)

Чем отличаются волны друг от друга?

(О: длиной и частотой)

Вывод:

Свет разных цветов – это электромагнитные волны различной длины и частоты.

Газета «Нью –Йорк Таймс»: Роберт Криз (сотрудник философского факультета университета Нью-Йорка) и Стони Брук (историк Брукхевенской Национальной Лаборатории) – опрос среди американских физиков, чтобы чтобы определить 10 красивейших экспериментов за всю историю этой науки.

Слайд 8

И. Ньютон

Открытие Ньютоном и изучение явления дисперсии света считается одним из важнейших его открытий. На надгробном памятнике, поставленном в 1731 году, изображены фигуры юношей, держащих в руках эмблемы самых важных открытий Ньютона.

В руках одного из юношей - призма, а в надписи на памятнике есть такие слова: “Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов. Он исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал ... Пусть смертные радуются, что существует такое украшение рода человеческого”.

Слайд 9

И. В. Гете

Теорию света Ньютона подверг резкой критике выдающийся немецкий поэт И. В. Гете. Может быть, не все знают, что Гете был и видным естествоиспытателем. Он писал: “Утверждение Ньютона – чудовищное предположение. Не может быть, что самый прозрачный, самый чистый цвет – белый – оказался смесью цветных лучей”.

Гете считал, что исследованный Ньютоном свет – это уже не тот свет, с каким мы встречаемся в естественной обстановке, а свет, “замученный всякого рода орудиями пытки – щелями, призмами, линзами”. Гете призывал:

Друзья, избегайте темной комнаты, Где вам искажают свет И самым жалким образом Склоняются перед искаженными образами.

Слайд 10

Монохроматический свет – одноцветный свет, каждой цветности соответствует своя длина и частота волны (в вакууме).

760 –

620 –

620

590

нм

590 –

нм

560

560 –

500

500 –

нм

нм

480

480 –

450

450 –

нм

380

нм

нм

Слайд 15

1.Призма разлагает белый свет

2.Белый свет – сложный

3.Фиолетовые лучи преломляются сильнее красных

4.Показатель преломления света зависит от его цвета

Интерференция механических волн

Возможна ли интерференция света как электромагнитной волны?

1. Сложение волн от независимых точечных источников.

Одним из основных принципов геометрической оптики является  принцип независимости световых пучков.

Световые пучки, встречаясь, не воздействуют друг на друга.

Это свойство световых волн используют для показа кинофильмов в специальных кинотеатрах, где экраны расположены по кругу, и на каждый проецируется свой фрагмент фильма.

2. Интерференция (от лат. inter —  взаимно и ferio —  ударяю)  —  явление усиления колебаний в одних точках пространства и ослабление в других в результате наложения двух или нескольких волн, приходящих в эти токи

Интерференция — общее свойство волн любой природы.

Можно наблюдать картину интерференции волн на поверхности воды в ванне.

Для получения такой картины, когда мы наблюдаем расходящиеся лучами точки усиления и ослабления колебаний, необходимо выполнить определенные требования.

Устойчивая во времени интерференционная картина может наблюдаться только при сложении когерентных волн.

Когерентные волны  —  волны с одинаковой длиной волны, и примерно с одинаковой амплитудой. Волны должны быть согласованы по фазе.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН - явление наложения когерентных волн

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

- отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении узких щелей, малых отверстий и огибании малых препятствий.

На явлении дифракции основано устройство оптического прибора — дифракционной решетки.

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

Если ширина прозрачных щелей (или отражающих свет полос) равна а , и ширина непрозрачных промежутков (или рассеивающих свет полос) равна в , то величина d = а + b называется периодом решетки. Обычно период дифракционной решетки порядка 10 мкм.

Рассмотрим элементарную теорию дифракционной решетки. Пусть на решетку падает плоская монохроматическая волна длиной волны λ.

Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка АС. Если на этом отрезке укладывается целое число длин волн, то волны от всех щелей, складываясь, будут усиливать друг друга. Из треугольника АВС можно найти длину катета АС: АС = АВ sin φ=d sin φ.

Решение задач

• Две когерентные световые волны приходят в некоторую точку пространства с разностью хода 2,25 мкм. Каков результат интерференции в этой точке, если свет: а) красный (λ = 750 нм); б) зеленый (λ = 500 нм)?
• Для определения периода решетки на нее направили световой пучок через красный светофильтр, пропускающий лучи с длиной волны 0,76 мкм. Каков период решетки, если на экране, отстоящем от решетки на 1 м, расстояние между спектрами первого порядка равно 15,2 см?

* В задачах 1070-1071 можно синусы углов заменить их тангенсами, так как эти углы малы.

Решение задач

• Какова ширина всего спектра первого порядка (длины волн заключены в пределах от 0,38 до 0,76 мкм), полученного на экране, отстоящем на 3 м от дифракционной решетки с периодом 0,01 мм?
• Показатель преломления для красного света в стекле (тяжелый флинт) равен 1,6444, а для фиолетового — 1,6852. Найти разницу углов преломления в стекле данного сорта, если угол падения равен 80°.

* В задачах 1070-1071 можно синусы углов заменить их тангенсами, так как эти углы малы.

Решение задач

• Линия с длиной волны λ 1  = 426 нм, полученная при помощи дифракционной решетки в спектре второго порядка, видна под углом φ 1  = 4,9°. Найти, под каким углом φ 2 видна линия с длиной волны λ 2  = 713 нм в спектре первого порядка.
• Дифракционная решетка содержит 120 штрихов на 1 мм. Найти длину волны монохроматического света, падающего на решетку, если угол между двумя спектрами первого порядка равен 8°.
• Определить угол отклонения лучей зеленого света (λ = 0,55 мкм) в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решетки, период которой равен 0,02 мм.
• Сколько длин волн монохроматического излучения с частотой 600 ТГц укладывается на отрезке 1 м?
• Какие частоты колебаний соответствуют крайним красным (λ = 0,76 мкм) и крайним фиолетовым (λ = 0,4 мкм) лучам видимой части спектра?