- •Конспект лекций по физике
- •Раздел 5
- •Волновая оптика Электромагнитная природа света. Зависимость между длиной световой волны и частотой электромагнитных колебаний
- •Световой поток, сила света, освещенность, яркость
- •1 Кандела – 1/60 часть силы света, создаваемой 1 см² плоской поверхности платины при температуре ее затвердевания (2046 к) по направлению перпендикуляра к этой поверхности.
- •Принцип Гюйгенса. Законы отражения и преломления света
- •1. Лучи падающий и отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к отражающей поверхности, восстановленным из точки падения луча.
- •3. Падающий и отраженный лучи обратимы.
- •1. Лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к отражающей поверхности, восстановленным из точки падения луча.
- •2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред есть величина постоянная.
- •3. Падающий и преломленный лучи обратимы. Когерентность и монохроматичность. Интерференция света
- •Дифракция света в щели и в дифракционной решетке
- •Понятие о поляризации света
- •Понятие о голографии
- •Дисперсия света. Разложение белого света призмой. Цвета тел. Виды спектров. Спектральный анализ
- •Электромагнитное излучение в различных диапазонах длин волн. Понятие о парниковом эффекте
- •Оптические приборы
- •Недостатки линз
- •Построение изображения в линзе
- •Формула линзы
- •Квантовая физика. Квантовая оптика Квантовая гипотеза Планка. Распределение энергии в спектре излучения
- •Внешний фотоэффект и его законы. Внутренний фотоэффект. Применение фотоэффекта в технике. Давление света.
- •Применение фотоэффектов в технике
- •Физика атома Радиоактивность. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Постулаты Бора
- •Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц
- •Биологическое действие радиоактивных лучей
- •Состав ядер. Общие сведения об элементарных частицах. Ядерные силы. Дефект массы. Энергия связи
- •Ядерные силы
- •Дефект массы атомного ядра. Энергия связи.
- •Деление тяжелых атомных ядер
- •Эволюция Вселенной Термоядерный синтез. Эволюция звезд
- •Понятие о космологии. Строение и развитие Вселенной
Дифракция света в щели и в дифракционной решетке
Вторым признаком волновой природы света служит явление дифракции (латинский - огибание).
Дифракцией называется огибание волнами препятствий.
Величина препятствия или отверстия, при которой становится заметной дифракция, зависит от длины волны. Чем меньше размеры препятствия (или отверстия) по сравнению с длиной волны, тем заметнее явление дифракции (рисунок 8). Когда размеры препятствия (отверстия) соизмеримы с длиной волны, дифракция обнаруживается в непосредственной близости от препятствия (а). Чем больше размеры препятствия (б), тем на более далеком расстоянии от него обнаруживается явление дифракции.
Из принципа Гюйгенса можно заключить, что дифракционные явления обусловлены интерференцией элементарных волн на границе отсеченного препятствием фронта волны.
Рисунок
8. Зависимость дифракции от размера
препятствия
Рассмотрим дифракцию света. Поскольку длины волн светового излучения очень малы, дифракцию света можно наблюдать на относительно больших расстояниях от препятствия или отверстия. Для наблюдения дифракции от узкой щели на пути параллельных монохроматических лучей ставят непрозрачный экран с узкой щелью. На некотором расстоянии от него помещают второй экран, на котором наблюдают дифракционную картину (рисунок 9).
Против щели будет видна светлая полоса, ширина которой оказывается тем больше, чем уже щель. За светлой полосой О чередуются темные и светлые полосы. На практике, чтобы дифракционная картина была достаточно яркой, нужно пропускать свет через несколько щелей. В этом случае
кроме дифракции будет еще присутствовать и явление интерференции. На экране будут видны яркие и узкие светящиеся линии на темном фоне. Чем больше щелей и чем ближе они друг к другу, тем ярче и уже те места, где лучи накладываются с одинаковыми фазами.
На этом принципе построены дифракционные решетки. Большое число параллельных и очень близко расположенных узких щелей, которые пропускают или отражают свет, называют дифракционной решеткой. На 1 мм дифракционной решетки наносится более 1000 штрихов, а общее число штрихов в решетке доходит до 105. Важной характеристикой является d - постоянная решетки.
d
C
B
A
Рисунок 10. Явление дифракции в дифракционной решетке.
AB – фронт волны. AC – разность хода лучей.
Разность хода лучей AC (рисунок 10), создающая светлые полосы на экране, всегда составляет целое число k длин волн .
. Формула справедлива и для k = 0, т.е. в центре экрана тоже образуется светлая полоса. Из этой формулы следует, что для измерения длины волны света нужно измерить лишь угол , т.к. k и d известны.
Каждую светлую линию на экране называют максимумом, а соответствующее ей значение k – порядком, т.е. в середине экрана виден максимум нулевого порядка, следующая светлая полоса – максимум первого порядка и т.д.
Опыт показывает, что максимумы расположены на равных расстояниях друг от друга, причем расстояние зависит от длины волны света .