Чем отличается дифракция от интерференции: Дифракция и интерференция микрочастиц Текст научной статьи по специальности «Физика»

Дифракция и интерференция микрочастиц Текст научной статьи по специальности «Физика»

Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/

Том 8, №2 (2016) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol8-2

URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/09TVN216.pdf

DOI: 10.15862/09TVN216 (http://dx.doi.org/10.15862/09TVN216)

Статья опубликована 28.03.2016.

Ссылка для цитирования этой статьи:

Кочетков А.В., Федотов П.В. Дифракция и интерференция микрочастиц // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №2 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/09TVN216.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/09TVN216

УДК 530.

1

Кочетков Андрей Викторович1

ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», Россия, Пермь

Профессор Доктор технических наук E-mail: [email protected]

Федотов Петр Викторович

ООО «Научно-исследовательский центр технического регулирования», Россия, г. Саратов

Инженер E-mail: [email protected]

Дифракция и интерференция микрочастиц

Аннотация. Принято считать, что дифракция и интерференция чисто волновые свойства, которые присущи только волнам и совершенно отсутствуют у частиц. Это не совсем так.

Принципиальное отличие дифракции от интерференции, состоит в том, что дифракция это огибание препятствий, а интерференция – это усиление или ослабление света на экране.

Причем, явление интерференции может быть легко объяснено в рамках не только волновой, но и корпускулярной теории. А дифракция легко объясняется в рамках волновой теории, но в рамках корпускулярной требует дополнительных гипотез о колебательных движениях или фотона света (корпускул) или атомов препятствия, например, щели или решетки.

Достаточным доказательством волновых свойств является только дифракция при отсутствии колебательных движений. Наличие явления интерференции могут быть объяснены в рамках корпускулярной теории и, следовательно, доказательством волновой природы служить не может.

В корпускулярной теории интерференционная картина появляется вследствие того, что в разные точки экрана попадает разное количество частиц, которые складывают свое воздействие, но арифметически, а не геометрически как в волновой теории.

При этом, в точках экрана, в которые попало больше частиц, наблюдается горб интерференционной картины, в точках, куда попало мало частиц – впадина.

1 410022, г. Саратов, ул. Азина, д. 38 «В», кв. 4 1

Ключевые слова: физика; дифракция; интерференция; волновая теория; дифракционная решетка; корпускулярная теория; воздействие; модель; пучок света; волна

Введение.

В литературе много сказано о корпускулярно-волновом дуализме микрочастиц [1-4], но при этом, как видно дальше, постоянно путают понятия дифракции и интерференции.

Поэтому приведем их определения по литературе [1].

«Дифракция – отклонение распространения пучка света от законов геометрической оптики, т.е. огибание светом контура непрозрачных тел. Дифракция проявляется при прохождении светом через среду с ярко выраженными неоднородностями. Например, при прохождении через дифракционную решетку».

«Интерференция – сложение в пространстве двух (или более) волн в пространстве, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны.

При интерференции результирующее колебание в каждой точке представляет собой геометрическую сумму колебаний. Это – принцип суперпозиции волн».

При этом утверждается, что и дифракция и интерференция чисто волновые свойства, которые присущи только волнам и совершенно отсутствуют у частиц. Это не совсем так.

Постановка проблемы

Принципиальное отличие дифракции от интерференции, состоит в том, что для экспериментов по дифракции используется препятствия для света (дифракционная решетка и т.д.) и один пучок света или одна волна.

Т. е., кроме экрана обязательно используется какое-либо препятствие, либо щели в непрозрачном материале, либо дифракционная решетка и т.д.

В опытах по интерференции в одном месте должны встретиться две когерентные волны или два пучка света, при этом использование каких либо приспособлений, кроме экрана не обязательно.

Теперь приведем пример, ставший классическим.

Во всех учебниках по оптике и атомной физике приводится эксперимент Юнга. Опыт называется интерференционный опыт Юнга по дифракции света на двух щелях.

А теперь внимание, результатом опыта по интерференции является дифракция света.

Сущность этих ошибок в отождествлении явлений дифракции и интерференции, а также в приписывании возможных объяснений этих явлений исключительно волнам.

Это проявляется в том, что как только в каком-то эксперименте проявляется интерференционная картинка (чередующиеся полосы), сразу же объявляется, что это чисто волновой процесс, и может быть объяснен исключительно с волновой точки зрения.

Также автоматически (априори, без доказательств) объявляется, что в данном эксперименте наблюдалось явление дифракции. Хотя в действительности наблюдалось только явление интерференции.

Обсуждение проблемы

Проблема разделения этих понятий в том, что, как правило, в опытах по дифракции (взаимодействия волн с препятствиями) наблюдается интерференция (взаимодействие, в одной точке пространства, волн, пришедших от разных точек препятствия.

Приведем пример из учебника для ВТУЗов.

«Рассмотрим дифракцию сферической волны на круглом отверстии ВС в непрозрачном экране (рис.

1).

Дифракционная картина (курсив наш) наблюдается на экране Э, параллельном плоскости отверстия и находящемся от него на расстоянии [2, с. 116].

Рисунок 1. Дифракция сферической волны на круглом отверстии в непрозрачном экране

[2, с. 116]

Здесь явно, что прохождение волны через отверстие (на участке ВС) – это дифракция, а картина на экране (в точке М) – это интерференция, тем не менее, приводится термин дифракционная картина.

В современной науке принято считать, что корпускулярная теория Ньютона не может объяснить явление дифракции света. «Представления о волновом характере распространения света позволили не только наблюдать, но и объяснить явления интерференции и дифракции света» [1, с. 82].

Это противоречит истине. Ньютон в работах по оптике разработал теорию дифракции корпускул света. При этом ему пришлось внести без доказательств постулат периодичности движения корпускул.

В трактате «Оптика» Ньютон писал: «Всякий луч света при прохождении через какую-либо преломляющую поверхность принимает определенное временное строение или состояние, снова возвращающееся через равные промежутки по мере прохождения луча; всякий раз, как это состояние возвращается, оно располагает луч к прохождению через преломляющую поверхность; в промежутке между возвращениями такого состояния луч отражается… Я не стану здесь рассматривать, в чем заключается предрасположение такого рода, состоит оно из вращательного или колебательного движения луча или среды или чего-либо другого» [5, с. 82].

Это явилось первым камнем преткновения для корпускулярной теории света. Т.к. трудно предложить удовлетворительный механизм движения частиц прямолинейный и периодический одновременно.

Вторым, якобы, недостатком корпускулярной теории стало полное отсутствие объяснения явления интерференции.

Но это не соответствует истине. Дело в том, что в корпускулярной теории явление интерференции не требует никаких особых пояснений, в силу полной очевидности. В корпускулярной теории интерференционная картина появляется вследствие того, что в разные точки экрана попадает разное количество частиц, которые складывают свое воздействие, но арифметически.

При этом, в точках экрана, в которые попало больше частиц, наблюдается горб интерференционной картины, в точках, куда попало мало частиц – впадина. Именно поэтому Ньютон в своей книге уделяет много места дифракции, а про интерференцию упоминает только вскользь, хотя именно ему принадлежат идея первых экспериментов с призмой по разложению белого света и с линзой (кольца Ньютона) и т. д.

Согласно волновой теории для объяснения дифракции не требуется никаких дополнительных гипотез, т.к. периодичность является самой сутью волновой теории. А явление интерференции объясняется алгебраическим сложением амплитуд приходящих волн.

То, что в корпускулярной теории интенсивность приходящих лучей света складываются арифметически, а в волновой теории алгебраически, не тавтология, а имеет глубокий физический смысл.

Дело в том, что в волновой теории возможно отрицательные значения амплитуды волны. А в корпускулярной отрицательные значения количества частиц невозможны. Т.е., в волновой теории предполагается, что амплитуда света изменяется от положительного максимума до отрицательного.

В корпускулярной теории, амплитуда (точнее количество корпускул) может изменяться только от положительного максимума до нуля.

Но, то же самое наблюдается и в волновой теории, потому, что если считать, что положительный максимум волны – это свет, то отрицательный максимум, должен быть антисветом, но антисвета не существует, поэтому в месте, где имеется отрицательный максимум волны, мы также наблюдаем максимум света. А темнота – есть отсутствие света, т.е. нулевое значение амплитуды волны.

Значит, и при волновых и при корпускулярных свойствах света, при наличии эффекта интерференции, мы будем наблюдать одну и ту же картинку, темные и светлые периодические полосы.

Т.о., даже если удалось наблюдать в экспериментах явление дифракции, то это еще не означает автоматически волновых свойств объекта. Дело в том, что под явлением дифракции понимается два совершенно разных механизма. Первый – это дифракция на узких щелях, а второе – отражение от дифракционной решетки.

Корень этой ошибки, опять же в безусловной вере, что только волны могут объяснить дифракцию и интерференцию. Юнг и Френель дали блестящее объяснение обоим эффектам с точки зрения волновой теории, причем объяснения аналогичны, т.к. согласно волновой теории волна отражается от стенок щели, точно также как от узлов дифракционной решетки.

В корпускулярной теории сложнее. Корпускула не может пройти через щель, размеры которой меньше размеров корпускулы [6, с. 190]. Но дифрагировать на дифракционной

решетке поток корпускул может. Причем, при отражении потока корпускул от дифракционной решетки будет наблюдаться периодическая интерференционная картина.

Причиной периодичности отражения будет являться не периодичность движения потока, а периодичность расположения узлов дифракционной решетки, причем этот эффект может наблюдаться как для опытов с отражением (рис. 2), так и прохождением частиц сквозь многощелевой экран (рис. 3).

Рисунок 2. Упрощенный механизм образования интерференционной картины для потока корпускул на дифракционной решетке (А – поток корпускул, В – дифракционная решетка,

С – экран) (рис. авт.)

На рис. 2 показан упрощенный механизм появления интерференционной картины на экране С при отражении корпускул, падающих под некоторым углом на дифракционную решетку В.

Интерференционная картина появляется потому, что отражаются только те корпускулы, которые попадают на препятствия (непрозрачные участки) решетки.

Т.к. непрозрачные участки расположены периодично, то и картинка на экране С также получается периодической.

Аналогичный механизм появления интерференционной картинки на экране при экспериментах пропускания корпускул сквозь решетку с прозрачными промежутками. Причина появления периодической картинки на экране аналогична вышеприведенному случаю, но картинку создают корпускулы, прошедшие сквозь решетку.

Важно учитывать, что в обоих случаях размеры корпускул намного меньше шага решетки, а ширина потока корпускул превышает шаг решетки.

В

Рисунок 3. Упрощенный механизм образования интерференционной картины для потока корпускул на щелевой решетке (А – поток корпускул, В – щелевая решетка, С – экран)

(рис. авт.)

Отсюда следует вывод, что прежде чем объявлять о волновых свойствах объекта исследований требуются дополнительные исследования: о характере интерференции (корпускулярной или волновой), наличия явлений дифракции и возможных причинах дифракции.

Есть еще одно принципиальное различие, которое позволяет различить экспериментально корпускулярную и волновую теорию.

Это непрерывность амплитуды.

В самом деле, амплитуда волны непрерывна, то есть если А – это амплитуда волны, то при точных измерениях амплитуды интерференционной картины будут появляться значения вида 1/п А, где п – любое действительное число. Т.е. дробное значение амплитуды волновой интерференционной картины, вещь вполне нормальная. А вот дробное значение количества корпускул – нонсенс. Количество может быть только целым.

Резюмируя вышесказанное можно утверждать:

а) что единственным недостатком корпускулярной теории Ньютона было отсутствие внятного объяснения периодического движения. «Ньютон оставил эти эксперименты2 без обычных для него детальных выводов. По-видимому, ученый решил, что здесь скрываются явления, требующие дополнительных исследований, которые он не мог провести» [7, с. 45];

Эксперименты по дифракции (прим. авт.)

б) наличие интерференционной картины в экспериментах, ни в коем случае не означает априори волновых свойств объекта исследований;

в) волновая интерференция и корпускулярная это два совершенно разных процесса. В волновой теории, интерференция — это взаимодействие вторичных волн, пришедших в одну точку, а в рамках корпускулярной – интерференция -это суммирование (без взаимодействия) корпускул, пришедших в одну точку;

г) наличие интерференционной картины не означает присутствие дифракции, т. к. в рамках корпускулярной теории, интерференция наступает не в результате дифракции, а в результате суммы отражений и поглощений в отдельных местах и прохождения в других.

Отсюда можно сформулировать условия, при которых можно однозначно отделить волновые объекты от корпускулярных:

1) должен быть однозначно установлен факт наличия дифракции, безотносительно наличию интерференции;

2) должен быть однозначно установлен характер движения корпускул, движение строго поступательно, или колебательное;

3) должен быть установлен факт взаимодействия волн при интерференции.

Первое условие важно потому, что как показано выше наличие интерференции, можно объяснить, как с точки зрения волновой, так и с точки зрения корпускулярной теории. Дифракцию в рамках корпускулярной теории можно объяснить только при наличии дополнительных условий, изложенных во втором условии.

Второе условие важно потому, что объяснить дифракцию в рамках корпускулярной теории возможно только при условии периодического движения, как это сделал Ньютон [6, с. 211]. Если движение строго поступательно, то дифракцию, при условии её присутствия, объяснить невозможно.

Третье условие следует из того, что в рамках волновой теории интерференция объясняется именно взаимодействием вторичных волн. А в рамках корпускулярной теории никакого взаимодействия не обязательно.

Когда благодаря работам Френеля и Юнга было предложено объяснение явлений интерференции и дифракции с точки зрения волновой теории, была принята волновая теория света, это было сделано исключительно потому, что для объяснения всех наблюдаемых эффектов по дифракции и интерференции волновая теория физически более обоснована, чем корпускулярная теория.

К настоящему времени забыли, что объяснений явления интерференции по теории Ньютона не требуется.

А для объяснения дифракции в рамках корпускулярной теории, необходимо привлечение дополнительной гипотезы о периодическом движении либо частиц, либо среды.

Но, такая забывчивость – основа методологических ошибок.

Вышеизложенные рассуждения можно и нужно применять на практике. Для этого рассмотрим «доказательства» волновой природы материи.

В опытах К. Дэвиссона и Л. Джермера (1927) наблюдалось явление интерференции электронов на дифракционной решетке кристаллов. Разберем эти опыты подробнее, т.к. именно они (и аналогичные) послужили основой утверждений, что электроны обладают волновыми свойствами.

«Идея их опытов заключалась в следующем. Если пучок электронов обладает волновыми свойствами, то можно ожидать, что, даже не зная механизма отражения этих волн, что их отражение от кристалла будет иметь такой же интерференционный характер, как у рентгеновских лучей» [8, с. 63].

В данной цитате можно видеть, как описанные выше ошибки применены на практике. Предполагается, что, если при отражении пучка электронов от дифракционной решетки будет наблюдаться интерференционная картина, значит, пучок электронов однозначно имеет волновые свойства. Более того, утверждается, что нет необходимости знать механизм отражения электронов от кристалла. А именно знание этого механизма и позволило бы выбрать одну из гипотез строения материи: волновую или корпускулярную.

Как уже сказано выше, при данных условиях эксперимента, а именно, отражение потока электронов от дифракционной решетки, интерференционная картина будет наблюдаться, как при наличии волновых свойств у электронов, так и в случае их полного отсутствия (рис. 2).

В качестве доказательства приводятся также результаты опытов Дж.П. Томсона, в которых пучок электронов проходил сквозь тонкий поликристаллический слой. Т.е. схема эксперимента соответствует рис. 2. Что также показывает, что наличие интерференционной картины не дает возможности однозначно утверждать, что электрон — это волна или корпускула.

Причем в учебной литературе постоянно утверждается, что наличие интерференции обязательно утверждает о наличии дифракции.

Но больше всего в корпускулярной природе электронов убеждают эксперименты под руководством В.А. Фабриканта [9].

В этих экспериментах повторялась методика экспериментов Дж.П. Томсона, пучок электронов проходил сквозь тонкий поликристаллический слой, но принципиальным отличием было то, что в опытах Томпсона использовался плотный пучок электронов, а в опытах Фабриканта пучок шел с большими перерывами между двумя последовательными электронами.

Причем, как отмечено в отчетах об эксперименте, ширина пучка была достаточно большой, использовался расфокусированный электронный пучок в электронном микроскопе. Значит, все условия существования корпускулярной интерференции выполнены. А вот главное условие существования волновой интерференции – нет. Т.к. каждый электрон долетал до экрана в полном одиночестве, значит было невозможно взаимодействие отраженных электронов, как вторичных волн.

При этом делается ложный вывод, якобы каждый электрон обладает волновыми свойствами. Но, в результате эксперимента установлено, что интерференционная картина появляется не от одиночного электрона, а только после длительной экспозиции, т.е. прихода большого количества электронов. Т.е. каждый электрон оставляет на фотопластине одну единственную точку, а картина в целом появляется только при суммировании многих электронов, в точном соответствии с принципами корпускулярной интерференции.

/

Л •

Рисунок 4. Интерференционная картина после прихода малого количества электронов

(короткая экспозиция) [10]

Рисунок 5. Интерференционная картина после прихода большого количества электронов

(длинная экспозиция) [10]

Выше сказано, что поведение волновых и корпускулярных объектов резко различается на узких щелях, имеющие размеры сравнимые с размерами объекта исследований. Потому, что в этих условиях явление дифракции неизбежно. Но нет ни одного эксперимента по дифракции микрочастиц на узких щелях. Изготовить узкую щель, сравнимую с размерами электронов, технически невозможно. А эксперимент дифракции электрона на двух щелях, кочующий из одного учебника в другой, это мысленный эксперимент. В действительности его никто и никогда не проводил, и предсказать его реальные результаты никто не может.

Надо понимать, что описание этого «эксперимента» приводятся в учебниках, не как доказательство, а как иллюстрация того, что должно быть, если теория верна.

В последующем, на рубеже тридцатых годов прошлого века в аналогичных экспериментах наблюдалось явление интерференции атомов и молекул.

Но все эксперименты по волновой природе атомов и молекул проводились по той же методике, а значит, как показано выше, подобные эксперименты не могут служить доказательством волн материи. Исключительным доказательством волновой природы электронов были бы эксперименты, однозначно указывающие на наличие дифракции, при полном отсутствии колебательных движений электронов в пучке.

Для проверки природы материи можно использовать свойство волн иметь дробное значение амплитуды, при полной невозможности появления дробного числа корпускул. Подобные эксперименты проводились на ионах и атомах. И показали полное соответствие корпускулярной теории.

Потому, что если бы в опытах с микрочастицами наблюдалась бы волновая интерференция, то результирующие микрочастицы имели, бы по закону суперпозиции волн, дробные заряды для электронов и других заряженных частиц, а также дробные массы, в тех местах пространства, где присутствует две и более частицы в разных фазах. Но, «если перехватить молекулярный пучок, уже претерпевший дифракцию на кристаллической решетке, и направить его в собирающий сосуд, то в сосуде окажется все тот же газ с самыми обычными свойствами» [3].

В литературе, например, в [4], сообщается, что «на основе этих экспериментов (по дифракции микрочастиц (прим. авт.) построена теория интерференции волн де Бройля».

Опять, как и в оптике, никаких объяснений по поводу соответствия явлений дифракции и интерференции. Точнее, как на основании опытов по дифракции построена теория интерференции, так, как будто, одно вытекает из другого.

Кроме сомнений в доказательствах волновой природы микрочастиц есть еще одно сомнение относительно квантовой механики.

Вопрос касается так называемых волн вероятности.

Этот вопрос важен в свете вышеизложенного, т.к. в квантовой теории утверждается, что именно волнами вероятности М. Борн решил, казалось бы, неразрешимую задачу о соотношении волновых и корпускулярных свойств электрона.

Изначально, Луи де Бройль связывал движение микрочастиц, в том числе и фотонов, с нематериальными с волнами (носящие его имя). Причем Де Бройль не предполагал никаких материальных свойств у этих волн, считая, что их ни в коем случае нельзя сравнивать с реальными волнами, например, ЭМ волнами.

Он называл их «фиктивными волнами» или «фазовой волной». Он писал: «Предположим теперь, что в момент времени t = 0 положение тела совпадает с волной частоты V, распространяющейся в том же направлении, что и тело, со скоростью с/р. Эта волна со скоростью большей, чем с, не может соответствовать переносу энергии. Мы рассматриваем ее как искусственную волну, связанную с движением тела» [11, с. 193].

И далее: «Перейдем теперь к случаю электрона, движущегося равномерно со скоростью, значительно меньше скорости с по замкнутой траектории. В момент t = 0 он находится в точке О. Связанная с ним фиктивная волна, исходящая из О и описывающая всю траекторию сос скоростью с/в, догоняет электрон ко времени т в точке О’ такой, что ОО = вст» [11, с. 194] и предполагал, что распространение фиктивных волн, каким-то образом управляет переносом энергии движущегося тела «Мы, таким образом, думаем, что фазовая волна управляет переносом энергии, и это может позволить осуществить синтез волнообразных колебаний и квантов» [11, с. 197].

Т.о., согласно идеям, Де Бройля, движение материальных частиц, каким-то образом связано с движением некоей фиктивной волны. Несмотря на то, что сами волны искусственные, но реально существующие, т.к. в приведенных цитатах ясно видно, что фазовые волны (по мнению Де Бройля) реально распространяются в пространстве и реально взаимодействуют с материальными телами.

Практически одновременно с Луи Де Бройлем идеи волн материи развивал Эрвин Шредингер. Интерпертация Э. Шредингера кардинально отличалась от интерпретации Де Бройля. «Он рассматривал электрон не как частицу, но как некоторое распределение плотности, которое давалось квадратом его волновой функции |у|2» [12, с. 16].

Третью интерпретацию развивал Макс Борн. «Я видел связующее звено в идее вероятности» [12, с. 16]. Согласно идеям, развиваемым М. Борном, квадрат функции |у|2 определяет вероятность нахождения микрочастицы в определенной точке пространства.

Вероятность в данном случае имеет понятный физический смысл: это вероятность того, попадет ли какая-нибудь корпускула в данную точку экрана или нет? Но данные рассуждения могут быть применены, в том числе, и для массива электронов летящих каждый по своей траектории в пределах общего пучка. Т.е. вероятностная интерпретация вполне подходит для корпускулярной теории интерференции. Это совсем не значит, что вероятностная интерпретация квантовой механики совпадает с корпускулярной теорией интерференции, тем не менее, и не противоречит ей.

Для того, чтобы выяснить, что иногда понимают в квантовой физике под термином амплитуда волны, приведем еще одну цитату, опять же М. Борна: «Полученные, результаты хорошо согласуются с опытом. Это дает все основания верить в правильность принятого нами принципа, связывающего амплитуду волны с числом частиц» (курсив наш) [3].

Причем в действительности в квантовой физике ни о каком дуализме свойств материи речи не идет.

Обсуждение результатов. Выводы

На самом деле дуализм понимается так корпускулярные свойства микрочастиц и волновые свойства движения, потому, что волна – это не волна вещества, а волна вероятности обнаружить микрочастицу в определенной точке пространства, причем в полном объеме, а не часть как это следует для бесконечной волны. Которая, как известно, никогда не собирается самопроизвольно в одной точке пространства.

Таким образом, все имеющиеся эксперименты не подтверждают волновую теорию, но и не полностью подтверждают корпускулярную. Для однозначного выбора между двумя теориями необходимы отдельные эксперименты по дифракции элементарных частиц. Безотносительно того будут ли наблюдаться при этих экспериментах интерференция или нет.

Причем само по себе наличие дифракции еще не говорит о волновых свойствах.

Т.к. еще Ньютон заметил, что если корпускулы будут двигаться в потоке периодически, то явление дифракции вполне объяснимо с точки зрения корпускулярной теории. Правда, Ньютон не оставил никаких обоснований периодического движения корпускул света, а только обосновал необходимость подобной гипотезы.

Еще в 2001 г. авторы данной статьи высказали гипотезу, что возможно электрон движется не по прямой, а по винтовой линии [13].

В случае подтверждения данной гипотезы будет очень легко объяснить, в том числе и явление дифракции электронов, в том случае если дифракция электронов будет установлена опытным путем, а не принята априори, как это происходит в настоящее время. Более подробно см. библиографию авторов [14-17].

Вторую возможность объяснения дифракции электронов предоставляют колебания атомов. В самом деле, если атомы, составляющие дифракционную решетку или дифракционную щель, будут колебаться в момент соударения с пролетающим электроном, то результат будет аналогичным колебательному движению электрона.

Т.к. если электрон отражается от атома, то не имеет разницы, кто колеблется, то ли электрон, который налетает на атом, то ли атом, на который налетает электрон, результат будет одинаковым.

Что же касается «квантовой теории», то она больше похожа на математическую абстракцию, удачно аппроксимирующую эмпирические данные.

ЛИТЕРАТУРА

1. Физический энциклопедический словарь / Под гл. ред. А.М. Прохорова. – М.: Большая российская энциклопедия, 1995. 928 с.

2. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Курс физики. Т. 3. – М.: Высшая школа, 1972. 536 с.

3. Борн М. Атомная физика. – М.: Мир, 1970. 484 с.

4. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 3. – М.: Наука, 1987. 320 с.

5. Вавилов С И. Исаак Ньютон.- М.: Наука, 1989. 272 с.

6. Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. М.: Государственное Изд-во Технико-Теоретической литературы, 1954, 368 с.

7. Самин Д.К. 100 великих научных открытий. – М.: Вече, 2002. 480 с.

8. Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы. – М.: 2001. 272 с.

9. Дифракция одиночных поочередно летящих электронов (из текущей литературы) // УФН, т. XXXVIII, вып. 4. С. 570-571.

10. Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В. Квантовая физика / Т. 5 курса системы открытого образования “Физика в техническом университете” // Интернет-ресурс http://fn.bmstu.ru/data-physics/library/physbook/tom5/front.html.

11. Луи де Бройль. Избранные научные труды. Т. 1. Становление квантовой физики: работы 1921-1934 годов. – М.: Логос, 2010. 556 с.

12. Борн Макс Размышления и воспоминания физика Сборник статей. – М.: Наука. 1977. 280 с.

13. Кочетков А.В., Федотов П.В. Проявления исторического мышления в современной физике (Лекции для непрофессионалов). – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т. 2001. 176 с.

14. Кочетков А.В., Федотов П.В. Оценка проявления исторического менталитета в современной механике и физике / А.В. Кочетков, П.В. Федотов // Пространство и Время. 2013. №2 (12). С. 62-71.

15. Кочетков А.В., Федотов П.В. Проблемы гармонизации радикальных противоречий в аксиоматике естественных наук. – М.: Машиностроение. 2015. 320 с.

16. Кочетков А.В., Федотов П.В. Энергия фотона или энергия излучений: уточненный вид формулы А. Эйнштейна // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». Том 7, № 6 (2015). http://naukovedenie.ru/PDF/71TVN615.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана DOI: 10.15862/71TVN615.

17. Кочетков А.В., Федотов П.В. О силе Лоренца в различных разделах электродинамики / Интернет-журнал «Науковедение», 2015. Том 7, № 4 (2015). http://naukovedenie.ru/PDF/142TVN415.pdf (доступ свободный). Идентификационный номер статьи в журнале: 142TVN415. Загл. с экрана DOI: 10.15862/142TVN415.

Kochetkov Andrey Viktorovich

Perm national research polytechnical university, Russia, Perm

E-mail: [email protected]

Fedotov Petr Viktorovich

JSC Research Center of Technical Regulation, Russia, Saratov

E-mail: [email protected]

Diffraction and interference of microparticles

Abstract. It is considered to be that diffraction and an interference purely wave properties which are inherent only in waves and absolutely are absent at particles. It not absolutely so.

Fundamental difference of diffraction from an interference, consists that diffraction is rounding of obstacles, and the interference is a strengthening or weakening of light on the screen.

And the phenomenon of an interference can be easily explained within not only the wave, but also corpuscular theory. And diffraction easily speaks within the wave theory, but within the corpuscular demands additional hypotheses of oscillating motions or a photon of light (corpuscles) or atoms of an obstacle, for example a crack or a lattice.

The sufficient proof of wave properties is only diffraction in the absence of oscillating motions. Existence of the phenomenon of an interference can be explained within the corpuscular theory and, therefore, can’t serve as the proof of the wave nature.

In the corpuscular theory the interferential picture appears because the different nail of the screen is hit by different quantity of particles which put the influence, but arithmetically, but not geometrically as in the wave theory.

Thus, in a screen nail which more particles hit, the hump of an interferential picture is observed, in points, anywhere there aren’t enough particles – a hollow.

Keywords: physics; diffraction; interference; wave theory; diffraction lattice; corpuscular theory; influence; model; beam of light; wave

REFERENCES

1. Fizicheskiy entsiklopedicheskiy slovar’ / Pod gl. red. A.M. Prokhorova. – M.: Bol’shaya rossiyskaya entsiklopediya, 1995. 928 s.

2. Yavorskiy B.M., Detlaf A.A. Kurs fiziki. T. 3. – M.: Vysshaya shkola, 1972. 536 s.

3. Born M. Atomnaya fizika. – M.: Mir, 1970. 484 s.

4. Savel’ev I V. Kurs obshchey fiziki. T. 3. – M.: Nauka, 1987. 320 s.

5. Vavilov S.I. Isaak N’yuton.- M.: Nauka, 1989. 272 s.

6. N’yuton I. Optika ili traktat ob otrazheniyakh, prelomleniyakh, izgibaniyakh i tsvetakh sveta. M.: Gosudarstvennoe Izd-vo Tekhniko-Teoreticheskoy literatury, 1954, 368 s.

7. Samin D.K. 100 velikikh nauchnykh otkrytiy. – M.: Veche, 2002. 480 s.

8. Irodov I.E. Kvantovaya fizika. Osnovnye zakony. – M.: 2001. 272 s.

9. Difraktsiya odinochnykh poocheredno letyashchikh elektronov (iz tekushchey literatury) // UFN, t. XXXVIII, vyp. 4. S. 570-571.

10. Martinson L.K., Smirnov E.V. Kvantovaya fizika / T. 5 kursa sistemy otkrytogo obrazovaniya “Fizika v tekhnicheskom universitete” // Internet-resurs http://fn.bmstu.ru/data-physics/library/physbook/tom5/front.html.

11. Lui de Broyl’. Izbrannye nauchnye trudy. T. 1. Stanovlenie kvantovoy fiziki: raboty 1921-1934 godov. – M.: Logos, 2010. 556 s.

12. Born Maks Razmyshleniya i vospominaniya fizika Sbornik statey. – M.: Nauka. 1977. 280 s.

13. Kochetkov A.V., Fedotov P.V. Proyavleniya istoricheskogo myshleniya v sovremennoy fizike (Lektsii dlya neprofessionalov). – Saratov: Sarat. gos. tekhn. un-t. 2001. 176 s.

14. Kochetkov A.V., Fedotov P.V. Otsenka proyavleniya istoricheskogo mentaliteta v sovremennoy mekhanike i fizike / A.V. Kochetkov, P.V. Fedotov // Prostranstvo i Vremya. 2013. №2 (12). S. 62-71.

15. Kochetkov A.V., Fedotov P.V. Problemy garmonizatsii radikal’nykh protivorechiy v aksiomatike estestvennykh nauk. – M.: Mashinostroenie. 2015. 320 s.

16. Kochetkov A.V., Fedotov P.V. Energiya fotona ili energiya izlucheniy: utochnennyy vid formuly A. Eynshteyna // Internet-zhurnal «NAUKOVEDENIE». Tom 7, № 6 (2015). http://naukovedenie.ru/PDF/71TVN615.pdf (dostup svobodnyy). Zagl. s ekrana DOI: 10.15862/71TVN615.

17. Kochetkov A.V., Fedotov P.V. O sile Lorentsa v razlichnykh razdelakh elektrodinamiki / Internet-zhurnal «Naukovedenie», 2015. Tom 7, № 4 (2015). http://naukovedenie.ru/PDF/142TVN415.pdf (dostup svobodnyy). Identifikatsionnyy nomer stat’i v zhurnale: 142TVN415. Zagl. s ekrana DOI: 10.15862/142TVN415.

В чем разница между дифракцией и интерференцией света?

Diffraction is spreading of the beam of light as it goes through aperture or is emitted from a finite area source. It is due to the fact that the beam of light has some k-vector spectrum that has some finite width.

Вы можете думать об этом как о пучке фотонов, имеющей распространение импульсов. Это связано с принципом неопределенности, поскольку наличие апертуры ограничивает свет в пространстве пространственного положения , поэтому расширяет его пространственную частотную область .

Подобным эффектом для дифракции, который происходит в пространстве, является дисперсия, которая происходит во времени. Он генерирует световой импульс в временном местоположении домена во время распространения, из-за которого он имеет несколько частот (в временной частотной области ), формируя его.

Однако причины этих двух эффектов, дифракции и дисперсии немного отличаются. Дифракция происходит из-за того, что направления k-векторного спектра различны, происходит дисперсия, потому что фазовая скорость каждой частоты отличается. Тем не менее уравнения, описывающие эти два явления, очень схожи и, например, приводят к понятию солитонов, которые происходят как в пространстве, так и во времени путем балансировки дисперсии/дифракции с нелинейностью.

С другой стороны, помеха – явление, возникающее в результате наложения волн. Они могут иметь разные амплитуды, частоты или фазы, и это будет влиять на то, как будет выглядеть наложенная финальная волна (сумма всех амплитуд интерферирующих волн).

Это не только наблюдается в эксперименте с двумя щелями в пространстве, но и вы можете использовать его для объяснения формирования сверхкоротких импульсов посредством конструктивной интерференции волн в некоторых точках времени и деструктивных в других. Два таких импульса в непосредственной близости (близкие здесь, в зависимости от разрешения спектрометра) также создают интерференционные полосы в измеренном спектре.

Интерферирующие волны не должны быть сферическими или происходить из одного источника. Если в какой-либо точке пространства-времени какие-то волны, исходящие из где бы то ни было, будут встречаться, они будут каким-то образом вмешиваться в зависимости от их параметров.

Интерференция и дифракция, с примерами решений

Определение интерференции

Или немного иначе: Интерференцией называют сложение в пространстве волн, при этом возникает неизменное во времени амплитудное распределение суммарных колебаний.

Интерференцией волн света называют сложение волн, при котором можно наблюдать устойчивую во времени картину усиления или ослабления суммарных колебаний света в разных пространственных точках. Термин интерференция в науку ввел Т. Юнг.

Условия возникновения интерференции

Для того чтобы при наложении волн образовывалась устойчивая интерференционная картина необходимо, чтобы источники волн обладали одинаковой частотой и постоянной разностью фаз. Подобные источники называют когерентными (согласованными). Когерентными называют волны, которые созданы когерентными источниками.

Так, исключительно при наложении когерентных волн возникает устойчивая интерференционная картина.

В оптике для создания интерференционной картины когерентные волны получают:

1. делением амплитуды волны;
2. делением фронта волны.

Условие минимумов интерференции

Амплитуда колебаний интерферирующих волн в рассматриваемой точке будет минимальной, если разность хода () волн в этой точке содержит нечетное число длин полуволн ():

   

Допустим, что на отрезке укладывается , тогда получается, одна волна отстает от другой на половину периода. Разность фаз этих волн оказывается равна , что означает – колебания происходят в противофазе. При сложении таких колебаний, амплитуда суммарной волны получится равной нулю.

Условие максимумов интерференции

Амплитуда колебаний интерферирующих волн в рассматриваемой точке будет максимальной, если разность хода () волн в этой точке содержит целое число длин волн ():

   

Определение дифракции

Слово дифракция с латинского языка означает разломанный.

Явление дифракции объясняют при помощи принципа Гюйгенса. Вторичные волны, которые испускаются участками вещества (среды), попадают за края препятствия, которое находится на пути движения волны. Согласно теории Френеля поверхность волны в любой произвольный момент времени – это не только огибающая вторичных волн, а результат их интерференции.

Условия, при которых наблюдается дифракция

Особенно явно дифракция проявляется тогда, когда размеры препятствия меньше или сравнимы с длиной волны.

Дифрагировать могут волны любой природы, как и интерферировать.

Условие минимумов интенсивности

При дифракции световой волны на одной щели при нормальном падении лучей условие минимума интенсивности записывается как:

   

где a – ширина щели; – угол дифракции; k – номер минимума; – длина волны.

Условие максимумов интенсивности

При дифракции световой волны на одной щели при нормальном падении лучей условие максимума интенсивности записывается как:

   

где – приближенная величина угла дифракции.

Условие главных максимумов интенсивности при дифракции на дифракционной решетке

Условие главных максимумов интенсивности дифракция света на дифракционной решетке при нормальном падении лучей записывают:

   

где d – период (постоянная) решетки; k – номер главного максимума; – угол между нормалью к плоскости решетки и направлением дифрагированных волн.

Значение дифракции

Дифракция не дает возможности получать четкие изображения мелких предметов, так как не всегда можно считать, что свет распространяется строго по прямой. Вследствие этого, изображения могут быть размытыми, при этом увеличение не помогает увидеть детали предмета, если его размер сравним с длиной волны света. Явление дифракции накладывает границы на применимость законов геометрической оптики и определяет предел разрешающей способности оптических приборов.

Примеры решения задач

в чем заключается, где встречается в быту (природе, искусстве)

Дифракция и дисперсия – такие красивые и похожие слова, которые звучат как музыка для ушей физика! Как все уже догадались, сегодня мы говорим уже не о геометрической оптике, а о явлениях, обусловленных именно волновой природой света.

Дисперсия света

Итак, в чем заключается явление дисперсии света? В прошлой статье мы рассмотрели закон преломления света. Тогда мы не задумывались, а точнее – не вспоминали о том, что свет (электромагнитная волна) имеет определенную длину. Давайте вспомним:

Свет – электромагнитная волна. Видимый свет – это волны, имеющие длину в интервале от 380 до 770 нанометров.

Так вот, еще старина Ньютон заметил, что показатель преломления зависит от длины волны. Другими словами, красный свет, падая на поверхность и преломляясь, отклонится на другой угол, нежели желтый, зеленый и так далее. Эта зависимость и называется дисперсией.

Радуга – результат дисперсии

Пропуская белый свет через призму, можно получить спектр, состоящий из всех цветов радуги. Это явление напрямую объясняется дисперсией света. Раз показатель преломления зависит от длины волны, значит, он зависит и от частоты. Соответственно, скорость света для разных длин волн в веществе также будет различна

Дисперсия света – зависимость скорости света в веществе от частоты.

Где применяется дисперсия света? Да повсюду! Это не только красивое слово, но и красивое явление. Дисперсия света в быту, природе, технике и искусстве. Вот, например, дисперсия красуется на обложке альбома группы Pink Floyd.

Дисперсия и Пинк Флойд

Дифракция света

Перед дифракцией нужно сказать про ее “подругу” – интерференцию. Ведь интерференция и дифракция света – это явления, которые наблюдаются одновременно.

Интерференция света – это когда две когерентные световые волны при наложении усиливают друг друга или наоборот ослабляют.

Волны является когерентными, если разность их фаз постоянна во времени, а при сложении получается волна той же частоты. Будет результирующая волна усилена (интерференционный максимум) или наоборот ослаблена (интерференционный минимум) – зависит от разности фаз колебаний. Максимумы и минимумы при интерференции чередуются, образуя интерференционную картину.

Интерференция волн

Дифракция света – еще одно проявления волновых свойств. Казалось бы, луч света всегда должен распространяться по прямой. Но нет! Встречая препятствие, свет отклоняется от первоначального направления как бы огибая преграду. Какие условия необходимы для наблюдения дифракции света? Собственно, это явление наблюдается на предметах любых размеров, но на больших предметах его наблюдать трудно и почти невозможно. Лучше всего это удается сделать  на препятствиях, сопоставимых по размерам с длиной волны. В случае со светом – это очень маленькие препятствия.

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления при прохождении вблизи преграды.

Дифракция проявляется не только для света, но и для других волн. Например, для звуковых. Или для волн на море. Отличный пример дифракции – это то, как мы слышим песню группы Пинк Флойд из проезжающей мимо машины, когда сами стоим за углом. Если бы звуковая волна распространялась прямо, она бы просто не достигла наших ушей, и мы бы стояли в полной тишине. Согласитесь, скучно. Зато с дифракцией гораздо веселее.

Дифракция в природе. Паутина работает, как дифракционная решетка

Для наблюдения явления дифракции используется специальный прибор – дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой систему препятствий, которые по размеру сопоставимы с длиной волны. Это специальные параллельные штрихи, выгравированные на поверхности металлической или стеклянной пластины. Расстояние между краями соседних щелей решетки называется периодом решетки или ее постоянной.

Что происходит со светом при прохождении дифракционной решетки? Попадая на решетку и встречая препятствие, световая волна проходит через систему прозрачных и непрозрачных областей, в результате чего разбивается на отдельные пучки когерентного света, которые после дифракции интерферируют друг с другом. Каждая длина волны отклоняется при этом на определенный угол, и происходит разложение света в спектр. В результате мы наблюдаем дифракцию света на решетке

Работа дифракционной решетки

Формула дифракционной решетки:

Здесь d – период решетки, фи – угол отклонения света после прохождения решетки, k – порядок дифракционного максимума, лямбда – длина волны.

Сегодня мы узнали, в чем чем заключается явления дифракции и дисперсии света. В курсе оптики очень сильно распространены задачи по теме интерференция, дисперсия и дифракция света. Авторы учебников очень любят подобные задачи. Чего нельзя сказать о тех, кому приходится их решать. Если Вы хотите легко справиться с заданиями, разобраться в теме, а заодно и сэкономить время, обратитесь к нашим авторам. Они помогут  Вам справиться с любой задачей!

Дисперсия и дифракция света: сложные понятия простым языком

Рассказываем, что такое дисперсия и дифракция света и чем отличаются их спектры.

Дисперсия света

Свет в физике и оптике — это электромагнитное излучение, состоящее из волн длиной от 380 до 770 нанометров; волны разной длины мы видим разного цвета. Исаак Ньютон заметил, что показатель преломления при прохождении через прозрачную призму зависит от длины волны: красный и желтый свет, упав на поверхность, отклонятся на разные углы. Частота и скорость света тоже будут отличаться.

Дисперсия — это зависимость показателя преломления и скорости света от длины волны.

Примеры:

1. Волны красного света самые длинные в спектре. У них наименьший показатель преломления и более высокая скорость.
2. Волны фиолетового света самые короткие в спектре. У них наибольший показатель преломления и более низкая скорость.

Источник: pinterest.com

Белый цвет состоит из всех цветов спектра. Поэтому если луч белого света пропустить через прозрачную призму, он распадется на составляющие, так как волны разных цветов имеют разный показатель преломления. Мы увидим радугу — все цвета спектра.

Это красивое явление мы встречаем довольно часто — в быту, природе и даже на обложке альбома группы Pink Floyd. «Игра света» искусно ограненного бриллианта тоже объясняется дисперсией.

Источник: pinterest.com

Дифракция света

Прежде нужно напомнить о сопутствующем явлении — интерференции света, которая всегда наблюдается одновременно с дифракцией. При интерференции две когерентные (т.е. частоты которых совпадают, а разность фаз колебания постоянна) световые волны накладываются друг на друга, в результате чего усиливают или ослабляют одна другую.

Источник: pinterest.com

Дифракция наблюдается при распространении света в среде с резкими неоднородностями. В таких условиях можем увидеть отклонение волн от прямого направления при прохождении рядом с преградой, проще — огибание препятствий световыми волнами. Это оптическое явление встречается с участием предметов любых размеров, но чем меньше объект, тем наблюдение проще.

Белый свет распадается в спектр, если проходит через дифракционную решетку или отражается от нее. Природа дифракционного и призматического спектров отличается, поэтому это явление нельзя объяснить дисперсией света.

Как их отличить:

1. Призматический спектр располагается в диапазоне от красного цвета к фиолетовому (в порядке убывания длины волны). Красная часть более сжата, а фиолетовая — растянута.
2. Дифракционный спектр располагается в диапазоне от фиолетового цвета к красному (в порядке возрастания длин волн). Все части равны между собой.

Дифракция проявляется не только для световых, но и для звуковых волн. Мы можем слышать музыку (речь или любые другие звуки) из здания за углом. Это значит, что волна распространяется не только в прямом направлении, но и может «огибать» препятствия. В нашем случае — здание, за которым мы стоим.

Источник: pinterest.com

Для экспериментального наблюдения этого явления есть специальный прибор — дифракционная решетка. Это искусственная система препятствий в виде параллельных штрихов, выгравированных на поверхности пластины из металла или стекла. Расстояние между краями соседних щелей называется периодом решетки или ее постоянной.

Встречая препятствие в виде решетки, световая волна проходит через щели и препятствия, в результате чего разбивается на отдельные пучки когерентных волн — это дифракция. Затем они интерферируют друг с другом. Волны разных длин отклоняются на разные углы — так свет разлагается в спектр.

Формула дифракционной решетки:

 

Знание разницы между дифракцией и дисперсией — азы изучения оптики. Чтобы написать хорошую работу (неважно, реферат, курсовую или диплом) по физике, нужны более глубокие исследования. С этим всегда помогут наши авторы, поэтому обращайтесь в ФениксХелп.

отклонение и сложение волн света

 

Если кинуть камень, то он полетит прямо. Он может столкнуться с препятствием и отскочить. В случае , если он ударится в плоскость, расположенную под углом к направлению его полета, он отскочит в сторону.

Но камень ни при каких условиях не сможет обогнуть препятствие. Если, конечно, ему не помочь. То есть, сам не сможет. Движение любых тел и соответственно, частиц, подчинено этому закону. Они либо отскакивают от препятствия, либо пролетают мимо, но не огибают его.

Волны же ведут себя иначе. Наблюдали вы такое или нет, но проверить это несложно: волна, проходя мимо препятствия, слегка его огибает. При этом меняется направление ее распространения. Так, например, волна на воде, пройдя через узкий проем, будет расширяться в стороны при дальнейшем распространении. Получается, что она обогнула препятствие в виде границ проема.

Отклонение света и сложение волн света

Так ведут себя все волны, будь они механические или электромагнитные. Так как свет представляет собой электромагнитные волны, то, соответственно, он ведет себя таким же образом. Явление отклонения света от прямолинейного распространения при огибании препятствия называется дифракцией света. Например, размытые края тени это пример дифракции света на границе тела, создающего тень.

Вследствие дифракции существует другое явление, называемое интерференцией света. Интерференция света это сложение интенсивности двух или более световых волн. Вследствие этого образуются картина максимумов и минимумов интенсивности света.

Интерференция и дифракция света связаны между собой самым прямым и непосредственным образом. Фактически, интерференция является следствием дифракции. Можно поставить эксперименты по наблюдению интерференции и дифракции света в лабораторных условиях. Для этого пучок света пропускают через узкую щель в непрозрачном материале, за которой расположен экран.

На экране появляется полоса света, которая будет заметно шире размеров щели. Это объясняется дифракцией света, который проходя через щель, слегка огибал два препятствия в виде границ щели, и световой пучок, таким образом, становился шире. Если же мы создадим не одну, а две расположенные рядом щели, то на экране мы увидим не две полоски света, а целый набор чередующихся полос света и тени. При этом посередине будет находиться одна наиболее яркая полоса.

Это является результатом интерференции света, а мы увидим так называемую «интерференционную картину». Объяснение этой картины будет простым вследствие дифракции на каждой щели пучки света расширяются, и, проходя дальше, складываются уже две волны.

При этом амплитуды этих волн различаются во всех точках пространства. Следовательно, итоговая амплитуда общей волны, получившейся в результате сложения двух волн, будет зависеть от того, как распределяются в пространстве амплитуды исходных волн.

В месте, где амплитуды волн будут максимальны, будет наблюдаться максимум общей волны. В других же местах, где амплитуды будут в противофазе, общая амплитуда будет равна нулю. Остальные места будут в переходной стадии между этими двумя случаями.

И это чередование максимумов и минимумом и образует на экране тот самый набор чередующихся темных и белых полос. Так выглядит интерференция света наглядно. Интерференция подтверждает волновую природу света, поскольку такая картина может получиться только в случае распространения волн, но никак не частиц.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Электромагнитные волны: что колеблется + свойства волн
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspЭлектромагнитная природа света: поток квантов излучения

7 “Б”

Урок
1/1		Что изучает физика. Физические термины. Наблюдения и опыты.	§ 1 – 3, Л № 5, 12
2/2		Физические величины. Измерение физических величин. Погрешность и точность измерений	§ 4, 5, упр.1
3/3		Определение цены деления измерительного прибора	§ 4, 5
4/4		Физика и техника	§ 6,
		Первоначальные сведения о строении вещества
5/1		Строение вещества. Молекулы	§ 7, 8
6/2		Определение размеров малых тел	§ 7, 8
7/3		Движение молекул. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах	§ 9,
8/4		Взаимодействие молекул
9/5		Три состояния вещества	§ 11, 12
10/6		Повторение. Контрольная работа №1 “Первоначальные сведения о строении вещества”	§ 12

Оптика

– Есть ли разница между дифракционной картиной и интерференционной картиной?

Вы не одиноки.

Дать определение помехам несложно. Это следствие наложения амплитуды поля. Иногда они прибавляют, иногда убирают.

Слово дифракция вызывает проблемы, потому что оно не допускает простого определения, состоящего из одного предложения. Отчасти это связано с неаккуратным использованием этих двух слов. Рабочее определение, которое работает большую часть времени, – это «явление изменения направления света из-за какого-либо препятствия на пути света».«

Лазер излучает узкий луч света. Лазер, направленный на удаленный объект, создает небольшой световой круг. Как далеко “далеко”? Если вы посмотрели на пятно, образовавшееся на разных объектах поблизости, пятно останется того же размера, что и расстояние до объекта. Если вы посмотрите на объекты подальше, вы обнаружите, что по мере удаления от вас пятно становится все больше и больше. Если я посмотрю достаточно далеко, мы обнаружим, что размер пятна изменяется линейно с расстоянием от источника. Свет ведет себя так, как будто он испускается точечным источником.Иногда луч, иногда растекающийся как из точки. Это явление дифракции , но нет никаких препятствий, заставляющих свет менять направление. Изменение направления происходит из-за чего-то другого, а не из-за препятствия.

Поведение можно понять, заметив, что отдельные лучи света, выходящие из лазера, происходят от разных атомов, расположенных в разных частях резонатора лазера. Когда лучи выходят за пределы лазера, все они интерферируют таким образом, что распространяются как луч поблизости, но как точка вдали.Вы видите там слово мешает ?

Вернемся к случаю препятствия на пути света. Свет меняет направление на границе. Вы сами упомянули об этом в контексте распространения света из щелей в эксперименте Янга. Почему свет просто не блокируется препятствием, так что на другой стороне щели получается «тень» с резко очерченным краем. Вы этого не понимаете. У вас получится полукруг. Интенсивность света уменьшается при больших углах, но он не просто отключается, как если бы препятствие отбрасывало тень.Что с этим?

Падающий свет возбуждает отдельные атомы / молекулы на краю препятствия. Затем каждый отдельный атом / молекула повторно излучается. Но атом / молекула очень маленькие, точечный источник, поэтому свет от каждой из них распространяется по сферической схеме во всех направлениях. (Вот как свет меняет направление.) Свет от каждого атома / молекулы интерферирует со светом от всех остальных (и с лучами, которые не попадают в препятствие), образуя картину интенсивности, которую вы видите на другой стороне препятствие.Видите слово мешает там?

Дифракция – это явление интерференции. А теперь у нас семантический беспорядок и запутанные ученики.

Ваша интуиция насчет дифракционной решетки верна, но обычно ее так не описывают. Мы называем ее дифракционной решеткой , но, возможно, ее лучше было бы называть дифракционно-интерференционной решеткой Это неудобное слово.

Знайте разницу между дифракцией и помехами

Когда поезд проезжает по туннелю, фара двигателя распространяется вокруг, и мы видим вокруг тьму. Вы знаете, почему это происходит? Это происходит из-за дифракции.

Дифракция – это распространение света в темных областях, когда он проходит через узкую полосу или область, и это сопровождается интерференцией между создаваемыми формами сигналов. Итак, что такое вмешательство? Интерференция – это комбинация двух или более электромагнитных волн, которые образуют результирующую волну, в которой смещение либо усиливается, либо отменяется.

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

Разница между интерференцией и классом дифракции 12

Интерференция

Интерференция – это явление, которое имеет место, когда встреча двух волн происходит по мере их движения в одной и той же среде.Помимо этого, интерференция заставляет среду принимать определенную форму или ориентацию. Более того, эта форма возникает из-за полного или суммарного воздействия двух отдельных волн на частицы среды.

Дифракция

Дифракция возникает из-за распространения волн, проходящих через отверстие. В случае дифракции размер препятствия или апертуры по прямым размерам аналогичен длине волны падающей волны, и ее возникновение является значительным. Кроме того, это происходит, когда часть бегущей волны затемняется или затемняется.

Различие между интерференцией и дифракцией

Теперь давайте найдем разницу между интерференцией и дифракцией в табличной форме:

Помехи	Дифракция
Интерференция возникает из-за суперпозиция или перекрытие двух сигналов, поступающих от двух разных когерентных источников.	Дифракция возникает из-за наложения вторичных вейвлетов из разных частей волнового фронта.
Ширина полосы при натяжении обычно постоянна.	Дифракционные полосы разной ширины.
Мы также обнаружили, что яркие полосы имеют одинаковую интенсивность.	Интенсивность быстро падает. Это означает, что на дифракционной картине интенсивность последовательных полос продолжает уменьшаться.
Это означает, что в интерференционной картине количество ярких полос имеет одинаковую величину интенсивности.	Это означает, что дифракционные полосы у препятствия широкие и их ширина продолжает уменьшаться по мере приближения к теневой стороне.
Все максимумы интерференции имеют одинаковую величину интенсивности.	Максимумы могут иметь разную величину максимумов.
Мы обнаружили хороший контраст между максимумами и минимумами интерференции.	Обнаружен плохой контраст между максимумом и минимумом в случае дифракции.
Мы обнаружили, что существует большое количество полос интерференции.	При дифракции меньше полос.
В интерференционной картине интенсивность в минимумах обычно очень мала или близка к нулю, что означает, что минимумы обычно темные. Также очень хороший контраст между темной и яркой каймой.	На дифракционной картине мы обнаруживаем, что интенсивность минимумов никогда не равна нулю, и есть плохой контраст между темной и яркой полосой или полосами.

Итак, приведенная выше таблица ясно объясняет разницу между интерференцией и дифракцией в физике. Теперь давайте различим интерференцию и дифракцию света:

Сравнение интерференции и дифракции

Интерференция	Дифракция
Интерференция – это распространение волн за препятствиями.	Дифракция – это явление, при котором определенные точки пространства волновых колебаний усиливаются, а другие аннулируются или настраиваются.
Волны в интерференционной картине отклоняются от исходного маршрута в той же упругой среде.	Наложение волн происходит в одной и той же материальной среде.
Размеры трещин или препятствий должны быть одинаковой длины.	Между волнами существует постоянная разность фаз, поэтому эти волны называются когерентными волнами. Рассмотрим когерентные волны на дифрактограммах.
Направление распространения волны никогда не меняется после наложения.	Направление распространения волны никогда не меняется после дифракции.
Препятствие или щель не обязательны для создания помех.	Для создания помех необходимо препятствие или щель.
Расстояние между кромками равномерное с натягом.	Расстояние между кромками неоднородно при дифракции.

Состояние двух важных различий между интерференцией и дифракцией

Интерференция	Дифракция
При интерференции начинается наложение волн с разных волновых фронтов. Это означает, что между двумя волнами существует разность фаз или они не являются когерентными волнами.	При дифракции это происходит таким образом, что суперпозиция начинается с разных частей одних и тех же волновых фронтов. Это означает, что существует нулевая разность фаз между волнами, исходящими от источников, или они являются когерентными источниками.
Все яркие полосы на интерференционной картине имеют одинаковую интенсивность.	Интенсивность ярких полос на дифракционной картине уменьшается, когда они удаляются с яркой стороны; однако их можно сделать ярче, если поднести их к центральной яркой полосе.

Разница между дифракцией и интерференцией (со сравнительной таблицей)

Ключевое различие между дифракцией и интерференцией состоит в том, что дифракция света возникает из-за наложения вторичных вейвлетов, генерируемых различными частями волнового фронта (проще говоря, распространение света, когда луч проходит через щель).В отличие от интерференции это результат наложения световых волн от 2-х когерентных источников.

Еще одно важное различие между ними состоит в том, что интенсивность всех ярких полос не одинакова в случае дифракции, но одинакова в случае интерференции. На этом занятии мы обсудим некоторые другие параметры, которые их различают.

Содержание: дифракция против интерференции

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия
4. Заключение

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Дифракция	Помехи
Базовый	Возникает из-за наложения вторичных вейвлетов.	Возникает из-за наложения световых волн от двух источников.
Интенсивность бахромы	Не одинаковы для всех бахромы.	То же для всех бахромы.
Ширина бахромы	Неравная	Равная
Шаг кромки	Неоднородный	Однородный
Щель или препятствие	Требуется	Не требуется
Направление распространения волны	Меняется после дифракции.	Не изменяется после наложения.
Контраст между максимальным и минимальным значениями	Плохо	Хорошо

Определение дифракции

Дифракция – это явление распространения световой волны, когда она проходит через щель или любой небольшой зазор.

Но здесь следует отметить, что длина волны должна быть сравнима с размерами щели.

Как и в случае с большим проемом, световая волна не будет загибаться по краям.При меньшем раскрытии прогиб весьма заметен. Но для очень маленького размера щели отверстие действует как отдельный источник и, таким образом, позволяет распространять волну по всей поверхности после щели.

На рисунке ниже показан процесс дифракции световой волны:

На рисунке ниже показана диаграмма дифракции волн:

Максимумы в шаблоне представляют собой светлую область, а минимумы показывают темную область на экране.

Определение помех

Интерференция – это акт суперпозиции двух или более световых волн, излучаемых двумя когерентными источниками, движущимися в одной и той же среде. Мы знаем, что когерентные источники излучают световую волну той же частоты и постоянной разности фаз.

Итак, две когерентные по природе волны накладываются друг на друга, когда пересекаются. Таким образом, суперпозиция волн дает алгебраическое сложение возмущений, вызванных отдельными волнами.

Здесь следует отметить, что интенсивность результирующей волны зависит от соотношения амплитуды и фазы двухкомпонентных волн.

Итак, исходя из этого, помехи классифицируются на две категории:

1. Конструктивная интерференция : Когда две наложенные волны имеют одинаковую амплитуду и фазу, тогда интенсивность результирующей волны будет выше, чем у двух отдельных волн.

Более конкретно, амплитуда результирующей волны будет вдвое больше амплитуды волн, которые будут наложены.

Такое вмешательство называется конструктивным вмешательством.На рисунке ниже показана конструктивная интерференция волн:

2. Деструктивная интерференция : Если две наложенные друг на друга волны имеют одинаковую амплитуду, но имеют противоположную фазу, тогда интенсивность результирующей волны будет меньше, чем у двух отдельных волн. Амплитуда двух волн будет добавлена, но поскольку они находятся в противоположной фазе, они компенсируют друг друга.

Это называется деструктивным вмешательством. На приведенном ниже рисунке изображена деструктивная интерференция:

Ключевые различия между дифракцией и интерференцией

1. Дифракция – это результат распространения света от разных частей одного и того же волнового фронта.В то время как интерференция – это результат взаимодействия света, исходящего от двух отдельных волновых фронтов.
2. Ширина полосы в случае дифракции не равна, в то время как ширина полосы в случае интерференции равна.
3. Дифракция дает плохой контраст между максимумом и минимумом, в то время как интерференция показывает хороший контраст между максимумом и минимумом.
4. Для возникновения дифракции щель или препятствие обязательно требуется, но для интерференции волн такого требования не существует.
5. Из-за дифракции направление распространения волны изменяется. Тогда как в случае интерференции наложенная волна распространяется в том же направлении.
6. При дифракции расстояние между различными полосами неоднородно. Однако в случае интерференции расстояние между полосами имеет однородный характер.
7. Точки минимальной интенсивности в случае дифракции не совсем темные. В отличие от интерференции, точки минимальной интенсивности показывают полную темноту.

Заключение

Итак, из приведенного выше обсуждения ясно, что интерференция является результатом суперпозиции, а дифракция – следствием распространения световой волны.

Разница между интерференцией и дифракцией (с таблицей)

Интерференция и дифракция – это тесно связанные понятия, однако, по сути, это два разных типа волн, которые происходят из разных источников. Когда встречаются две волны из разных точек происхождения, две отдельные длины волны объединяются, чтобы сформировать одну волну.Это называется интерференционной волной.

Когда волна достигает отверстия или препятствия, это влияет на направление, в котором волна распространяется, и результирующая волна известна как дифракционная волна. Важно отметить, что интерференционные волны действительно возникают только при наличии одного или двух источников волн, а когда их три или более, результатом почти всегда являются дифракционные волны.

Интерференция против дифракции

Разница между интерференцией и дифракцией равна внешнему виду их волн.Интерференция возникает, когда световые волны объединяются в двух разных отправных точках. А дифракция возникает из-за наложения подчиненных длин волн. Интенсивность края интерференции всегда одинакова. И наоборот, дифракция имеет странные полосы.

---

Таблица сравнения интерференции и дифракции (в табличной форме)

Две или более

Параметр сравнения	Интерференция	Дифракция
точки источника
Интенсивность вершины волны	Все вершины равны	Различаются
Ширина полосы	Равно	Неравно
Интенсивность впадины волны	Абсолютно ничего	Неизвестно и варьируется
Первичная или вторичная волна	Всегда из первичного источника	Изменено из первичной волны

---

Помехи возникают, когда две волны, исходящие из двух разных точек, взаимодействуют друг с другом и объединяются, чтобы создать совершенно другую форму волны.

Две волны, у которых идеально совмещены пики и впадины, называются «синфазными», а амплитуды волн просто складываются, чтобы создать результирующую форму волны.

Когда вершины двух волн складываются вместе, это называется конструктивной интерференцией, и амплитуда результирующей формы волны будет суммой амплитуд вершин исходных волн.

Когда волны не синхронизированы, а гребни и впадины перекрываются, говорят, что они «не в фазе».

Если волны полностью рассинхронизированы, то есть в ста восьмидесяти градусах друг от друга, а амплитуды пика и впадины противоположных волн равны, они компенсируют друг друга в так называемой деструктивной интерференции.

Если вы подумаете об этом в контексте попытки переместить большой предмет мебели.

Если два человека будут толкать с одного конца, это конструктивное вмешательство, поскольку оно создаст больше силы, чем один человек, однако, если два человека будут толкать с противоположных концов, мебель останется неподвижной, как и есть отсутствие амплитуды волны при деструктивной интерференции.

В контексте световых волн также важно отметить, что интерференционная волна будет показывать постоянную и одинаковую ширину между светлыми и темными областями при проецировании на экран.

В физике дифракция – это когда волны огибают небольшие препятствия, такие как звуковые волны, идущие за угол, или когда волны распространяются после прохождения через небольшое отверстие.

Вторичные волновые формы, возникающие после прохождения препятствия или мимо него, будут отличаться от исходных, потенциально с множеством различных фаз и амплитуд.

Дифракция возникает только на значительном уровне, когда размер зазора сравним с длиной волны, и, учитывая, что большинство длин волн очень малы, чем меньше зазор, тем заметнее дифракция.

Чтобы представить это, представьте себе волны зыби из океана, которые выходят на берег в узкое каменистое отверстие. Затем сравните это с волнами зыби, попадающими в устье или пристань для яхт.

В примере волны, проходящей через узкое отверстие, вы увидите, как закругленная форма волны разветвляется на водоем с другой стороны отверстия, форма отличается от плоской формы волны, которая первоначально вошла в отверстие.

Это можно сравнить с пристанью для яхт, где у нас могут быть большие водоемы, движущиеся из океана в пристань, но размер отверстия означает, что вода внутри марины практически не нарушается возникающими дифракционными волнами.

Дифракционные волны не возникают, когда частицы проходят через щели или вокруг объекта, вместо этого они продолжают двигаться по своей исходной траектории, не измененной внешними обстоятельствами.

Дифракционные волны также имеют множество различных пиковых интенсивностей из-за множества взаимодействующих различных форм волн, а также из-за наличия нескольких точек источника (более трех), которые должны присутствовать, чтобы образовалась дифракционная волна.

Одно интересное явление заключается в том, что если дифракционная волна проходит через два различных промежутка, мы увидим интерференционную картину на другой стороне, поскольку эти два промежутка действуют как две новые точки источника.

---

Основные различия между интерференцией и дифракцией

1. Интерференционные волны возникают из двух различных точек источника, а дифракционные волны возникают из трех или более.
2. Интенсивности вершин интерференционных волн однородны и равны, однако интенсивности дифракционной волны различны и неодинаковы из-за того, что они являются суммой множества различных волн.
3. В интерференционной волне ширина полосы также будет одинаковой, тогда как с дифракционными волнами мы можем видеть несовместимую ширину полос.
4. Минимум интерференционной волны всегда будет равен нулю, тогда как впадина дифракционной волны может иметь любое количество возможностей из-за множества объединяющих волн.
5. Интерференционные волны также возникают из первичного источника или причины волны, такой как камень, брошенный в бассейн с водой, тогда как дифракционные волны возникают как вторичные волны после того, как первичная волна проходит через отверстие или от объекта.

---

Основное различие между двумя типами волн заключается в способе их формирования. Интерференционные волны происходят от исходного источника волны, тогда как дифракционные волны – это вторичные волны, которые появляются, когда волна взаимодействует с препятствием.

Наблюдая, как интерференционные и дифракционные волны взаимодействуют друг с другом, у нас есть инструмент, позволяющий глубже понять законы нашей Вселенной, в том числе в квантовой физике, с помощью эксперимента с двумя щелями.

---

1. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.74.3600
2. https://cds.cern.ch/record/396122/files/0521642221_TOC.pdf
3. https: // ui.adsabs.harvard.edu/abs/1999OptEn..38.1051D/abstract

17.1 Понимание дифракции и интерференции – физика

Задачи обучения раздела

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Объясните волновое поведение света, включая дифракцию и интерференцию, включая роль конструктивной и деструктивной интерференции в экспериментах Юнга с одной и двумя щелями.
• Выполнение расчетов с учетом дифракции и интерференции, в частности длины волны света, с использованием данных из двухщелевой интерференционной картины

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

• (7) Научные концепции.Студент знает характеристики и поведение волн. Ожидается, что студент:
  • (D) исследовать поведение волн, включая отражение, преломление, дифракцию, интерференцию, резонанс и эффект Доплера

Раздел Основные термины

дифракция

Принцип Гюйгенса

монохромный

волновой фронт

Дифракция и интерференция

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[BL] Графически объясните на доске конструктивные и деструктивные помехи.

[OL] Попросите студентов внимательно посмотреть на тень. Спросите, почему края не являются резкими линиями. Объясните, что это вызвано дифракцией, одним из волновых свойств электромагнитного излучения. Определите нанометр по отношению к другим метрическим измерениям длины.

[AL] Спросите студентов, какие из скорости, частоты и длины волны остаются неизменными, а какие меняются, когда луч света перемещается из одной среды в другую. Обсудите эти количества с точки зрения цветов (длин волн) видимого света.

Мы знаем, что видимый свет – это тип электромагнитной волны, на которую реагируют наши глаза. Как мы видели ранее, свет подчиняется уравнению

, где c = 3,00 × 108c = 3,00 × 108 м / с – скорость света в вакууме, f – частота электромагнитной волны в Гц (или с ^–1 ), а λλ – ее длина волны в м. . Диапазон видимых длин волн составляет приблизительно от 380 до 750 нм. Как и все волны, свет распространяется по прямым линиям и действует как луч, когда взаимодействует с объектами, которые в несколько раз превышают длину его волны.Однако, когда он взаимодействует с более мелкими объектами, он заметно проявляет свои волновые характеристики. Интерференция – это идентифицирующее поведение волны.

На рис. 17.2 видны лучевые и волновые характеристики света. Лазерный луч, излучаемый обсерваторией, представляет поведение луча, когда он движется по прямой линии. Пропуск чистого одноволнового луча через вертикальные щели с шириной, близкой к длине волны луча, позволяет выявить волновой характер света. Здесь мы видим, как луч распространяется по горизонтали в узор из ярких и темных областей, что вызвано систематической конструктивной и деструктивной интерференцией.Поскольку это характерно для поведения волн, интерференция наблюдается для волн на воде, звуковых волн и световых волн.

Рис. 17.2 (a) Луч света, излучаемый лазером в обсерватории Паранал (часть Европейской южной обсерватории в Чили), действует как луч, движущийся по прямой линии. (Фото: Юрий Белецкий, Европейская южная обсерватория) (б) Лазерный луч, проходящий через решетку вертикальных щелей, создает интерференционную картину, характерную для волны. (Источник: Шимон и Слава Рыбка, Wikimedia Commons)

То, что интерференция является характеристикой распространения энергии волнами, более убедительно демонстрируется волнами на воде.На рис. 17.3 показаны волны на воде, проходящие через промежутки между камнями. Вы можете легко увидеть, что ширина зазоров аналогична длине волны, и это вызывает интерференционную картину, когда волны проходят через зазоры. Поперечное сечение волн на переднем плане покажет гребни и впадины, характерные для интерференционной картины.

Рис. 17.3 Входящие волны (вверху рисунка) проходят через щели в скалах и создают интерференционную картину (на переднем плане).

Свет имеет волновые характеристики в различных средах, а также в вакууме. Когда свет переходит из вакуума в какую-либо среду, такую ​​как вода, его скорость и длина волны меняются, но его частота, f , остается той же. Скорость света в среде равна v = c / nv = c / n, где n – его показатель преломления. Если разделить обе части уравнения c = fλc = fλ на n , получится c / n = v = fλ / nc / n = v = fλ / n. Следовательно, v = fλnv = fλn, где λnλn – длина волны в среде, а

, где λλ – длина волны в вакууме, а n – показатель преломления среды.Отсюда следует, что длина волны света в любой среде меньше, чем в вакууме. Например, в воде, которая имеет n = 1,333, диапазон видимых длин волн составляет от (380 нм) / 1,333 до (760 нм) / 1,333, или λn = λn = 285–570 нм. Хотя длины волн меняются при переходе от одной среды к другой, цвета – нет, поскольку цвета связаны с частотой.

Голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629–1695) разработал полезную технику для детального определения того, как и где распространяются волны.Он использовал волновые фронты, то есть точки на поверхности волны, которые имеют одинаковую постоянную фазу (например, все точки, составляющие гребень водной волны). Принцип Гюйгенса гласит: «Каждая точка волнового фронта является источником вейвлетов, которые распространяются в прямом направлении с той же скоростью, что и сама волна. Новый волновой фронт – это линия, касательная ко всем вейвлетам ».

На рис. 17.4 показано, как применяется принцип Гюйгенса. Волновой фронт – это длинная движущаяся кромка; например гребень или желоб.Каждая точка на волновом фронте излучает полукруглую волну, движущуюся со скоростью v . Они нарисованы позже, t , так что они переместились на расстояние s = vts = vt. Новый волновой фронт представляет собой касательную к вейвлетам линию, в которой волна находится в момент времени t . Принцип Гюйгенса работает для всех типов волн, включая волны на воде, звуковые волны и световые волны. Это будет полезно не только для описания того, как распространяются световые волны, но и для того, как они интерферируют.

Рис. 17.4. Принцип Гюйгенса, примененный к прямому волновому фронту. Каждая точка на волновом фронте излучает полукруглый вейвлет, который перемещается на расстояние s = vts = vt. Новый волновой фронт – это касательная линия к вейвлетам.

Что происходит, когда волна проходит через отверстие, например, свет проникает через открытую дверь в темную комнату? Что касается света, вы ожидаете увидеть резкую тень от дверного проема на полу и не ожидаете, что свет будет загибать углы в другие части комнаты.Когда звук проходит через дверь, вы слышите его повсюду в комнате и, таким образом, понимаете, что звук распространяется при прохождении через такое отверстие. В чем разница между поведением звуковых волн и световых волн в этом случае? Ответ заключается в том, что длины волн, из которых состоит свет, очень короткие, поэтому свет действует как луч. Звук имеет длину волны порядка размера двери, поэтому он огибает углы.

Teacher Support

Teacher Support

[OL] Обсудите тот факт, что для того, чтобы дифракционная картина была видимой, ширина щели должна примерно соответствовать длине волны света.Постарайтесь дать учащимся представление о размерах длин волн видимого света, отметив, что человеческий волос примерно в 100 раз шире.

Если свет проходит через отверстия меньшего размера, часто называемые щелями, вы можете использовать принцип Гюйгенса, чтобы показать, что свет изгибается, как звук (см. Рис. 17.5). Изгиб волны вокруг краев проема или препятствия называется дифракцией. Дифракция – это волновая характеристика, которая возникает для всех типов волн. Если дифракция наблюдается для явления, это свидетельствует о том, что явление вызвано волнами.Таким образом, горизонтальная дифракция лазерного луча после того, как он проходит через прорези на рисунке 17.2, свидетельствует о том, что свет обладает свойствами волны.

Рис. 17.5. Принцип Гюйгенса, примененный к прямому волновому фронту, попадающему в отверстие. Края волнового фронта изгибаются после прохождения через отверстие, этот процесс называется дифракцией. Величина изгиба более велика для небольшого отверстия, что согласуется с тем фактом, что волновые характеристики наиболее заметны при взаимодействии с объектами примерно того же размера, что и длина волны.

И снова волны на воде представляют собой знакомый пример волнового явления, которое легко наблюдать и понимать, как показано на рис. 17.6.

Рис. 17.6 Океанские волны проходят через отверстие в рифе, образуя дифракционную картину. Дифракция возникает из-за того, что ширина отверстия аналогична длине волны.

Watch Physics

Однощелевая интерференция

В этом видео рассматриваются математические вычисления, необходимые для предсказания дифракционных картин, вызванных однострелочной интерференцией.

Какие значения м обозначают место деструктивной интерференции на дифракционной картине с одной щелью?

1. целое число без нуля
2. целые числа
3. вещественное число без нуля
4. вещественные числа

Тот факт, что принцип Гюйгенса работал, не считался достаточным доказательством, чтобы доказать, что свет – это волна. Люди также не хотели принимать волновую природу света, потому что это противоречило идеям Исаака Ньютона, который все еще пользовался большим уважением.Принятие волнового характера света произошло после 1801 года, когда английский физик и врач Томас Янг (1773–1829) провел свой ставший уже классическим эксперимент с двойной щелью (см. Рис. 17.7).

Рис. 17.7. Эксперимент Юнга с двумя щелями. Здесь свет с одной длиной волны проходит через пару вертикальных щелей и создает на экране дифракционную картину – многочисленные вертикальные светлые и темные линии, разбросанные по горизонтали. Без дифракции и интерференции свет просто образовывал бы две линии на экране.

Когда свет проходит через узкие щели, он дифрагирует на полукруглые волны, как показано на рисунке 17.8 (a). Чистая конструктивная интерференция возникает там, где волны выстраиваются от гребня к гребню или от впадины к впадине. Чистая деструктивная интерференция возникает там, где они выстраиваются от гребня к впадине. Чтобы узор был виден, свет должен падать на экран и рассеиваться в наших глазах. Аналогичная картина для волн на воде показана на рис. 17.8 (b). Обратите внимание, что области конструктивной и деструктивной интерференции выходят из щелей под четко определенными углами к исходному лучу.Эти углы зависят от длины волны и расстояния между щелями, как вы увидите ниже.

Рис. 17.8 Двойные щели создают два источника интерферирующих волн. (а) Свет распространяется (дифрагирует) из каждой щели, потому что щели узкие. Волны перекрываются и интерферируют конструктивно (яркие линии) и деструктивно (темные области). Эффект можно увидеть, только если свет падает на экран и падает вам в глаза. (б) Интерференционная картина с двумя щелями для водных волн почти идентична интерференционной картине для света.Волновое воздействие больше всего в областях конструктивной интерференции и меньше всего в областях деструктивной интерференции. (c) Когда свет, прошедший через двойные щели, падает на экран, мы видим такую ​​картину.

Виртуальная физика

Волновые помехи

Это моделирование демонстрирует большинство волновых явлений, обсуждаемых в этом разделе. Во-первых, наблюдайте интерференцию между двумя источниками электромагнитного излучения, не добавляя щелей. Посмотрите, как водные волны, звук и свет демонстрируют интерференционные картины.Оставайтесь со световыми волнами и используйте только один источник. Создавайте дифракционные картины с одной щелью, а затем с двумя. Возможно, вам придется отрегулировать ширину щели, чтобы увидеть узор.

Визуально сравните ширину щели с длиной волны. Когда вы получите наиболее четкую дифракционную картину?

1. , когда ширина щели больше длины волны
2. , когда ширина щели меньше длины волны
3. , когда ширина щели сравнима с длиной волны
4. при бесконечной ширине щели

Расчеты с учетом дифракции и интерференции

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[BL] Греческая буква θθ записывается как тета .Греческая буква λλ записывается как ламда . Оба произносятся так, как и следовало ожидать от написания. Множественное число из максимум и минимум составляет максимумов и минимумов , соответственно.

[OL] Объясните, что одноцветный означает одноцветный. Монохроматический также означает одну частоту . Синус угла – это сторона, противоположная прямоугольному треугольнику, разделенному гипотенузой. Напротив означает противоположный данному острому углу.Обратите внимание, что знак угла всегда ≥ 1.

Тот факт, что длину волны одноцветного или монохроматического света можно вычислить по его дифракционной картине с двумя щелями в экспериментах Юнга, подтверждает вывод о том, что свет обладает волновыми свойствами. Чтобы понять основу таких расчетов, рассмотрим, как две волны проходят от щелей к экрану. Каждая щель находится на разном расстоянии от заданной точки на экране. Таким образом, на каждом пути умещается разное количество длин волн.Волны исходят от щелей синфазно (от пика к пику), но в конечном итоге они будут в противофазе (от пика к впадине) на экране, если пути различаются по длине на половину длины волны, создавая деструктивные помехи. Если пути различаются на целую длину волны, то волны приходят синфазно (от гребня к гребню) на экран, конструктивно мешая друг другу. В более общем смысле, если пути, по которым проходят две волны, отличаются на любое половинное целое число длин волн (12λ, 32λ, 52λ и т. Д.) (12λ, 32λ, 52λ и т. Д.), Возникает деструктивная интерференция.Аналогично, если пути, по которым проходят две волны, отличаются на любое целое число длин волн (λ, 2λ, 3λ и т. Д.) (Λ, 2λ, 3λ и т. Д.), Возникает конструктивная интерференция.

На рис. 17.9 показано, как определить разницу в длине пути волн, идущих от двух щелей к общей точке на экране. Если экран находится на большом расстоянии по сравнению с расстоянием между прорезями, то угол θθ между траекторией и линией от прорезей, перпендикулярной экрану (см. Рисунок), почти одинаков для каждого пути.Это приближение и простая тригонометрия показывают, что разность длин ΔLΔL равна dsinθdsinθ, где d – это расстояние между прорезями,

.

Чтобы получить конструктивную интерференцию для двойной щели, разница в длине пути должна быть целым числом, кратным длине волны, или

dsinθ = mλ, для m = 0,1, −1,2, −2,… (конструктивно) .dsinθ = mλ, для m = 0,1, −1,2, −2,… (конструктивно).

Аналогично, чтобы получить деструктивную интерференцию для двойной щели, разница в длине пути должна быть полуцелым кратным длины волны, или

dsinθ = (m + ½) λ, для m = 0,1, −1,2, −2,… (деструктивно).dsinθ = (m + ½) λ, для m = 0,1, −1,2, −2,… (деструктивно).

Число м – это порядковый номер помехи. Например, м, = 4 – интерференция четвертого порядка.

Рис. 17.9 Пути от каждой щели к общей точке на экране отличаются на величину d sin θd sin θ, предполагая, что расстояние до экрана намного больше, чем расстояние между щелями (не в масштабе здесь).

На рис. 17.10 показано, как интенсивность полос конструктивной интерференции уменьшается с увеличением угла.

Рисунок 17.10 Интерференционная картина для двойной щели имеет интенсивность, которая спадает с углом. На фотографии видно несколько ярких и темных линий или полос, образованных светом, проходящим через двойную щель.

Свет, проходящий через одиночную щель, образует дифракционную картину, несколько отличную от картины, образованной двойными щелями. На рисунке 17.11 показана дифракционная картина с одной щелью. Обратите внимание, что центральный максимум больше, чем с обеих сторон, и что интенсивность быстро уменьшается с обеих сторон.

Рисунок 17.11 (a) Дифракционная картина с одной щелью. Монохроматический свет, проходящий через единственную щель, дает центральный максимум и множество меньших и более тусклых максимумов с обеих сторон. Центральный максимум в шесть раз выше, чем показано. (b) На рисунке показан яркий центральный максимум и более тусклые и более тонкие максимумы с обеих сторон. (c) Расположение минимумов показано в единицах λλ и D .

Анализ дифракции на одной щели показан на рисунке 17.12. Если предположить, что экран находится очень далеко по сравнению с размером щели, лучи, направляющиеся к общему месту назначения, почти параллельны.Это приближение позволяет выполнять серию тригонометрических операций, которые приводят к уравнениям для минимумов, созданных деструктивной интерференцией.

или

Когда лучи летят прямо, они остаются в фазе и достигается центральный максимум. Однако, когда лучи проходят под углом θθ относительно исходного направления луча, каждый луч проходит разное расстояние до экрана, и они могут приходить в фазе или противофазе. Таким образом, луч из центра проходит на расстояние λ / 2λ / 2 дальше, чем луч от верхнего края щели, они прибывают в противофазе и создают деструктивные помехи.Точно так же для каждого луча между верхом и центром щели есть луч между центром и низом щели, который проходит расстояние λ / 2λ / 2 дальше до общей точки на экране и, таким образом, деструктивно мешает. . Симметрично под прямым лучом будет еще один минимум под тем же углом.

Рисунок 17.12 Уравнения для дифракционной картины с одной щелью, где λ – длина волны света, D – ширина щели, θθ – угол между линией от щели до минимума и линией, перпендикулярной экрану, L – это расстояние от щели до экрана, y – это расстояние от центра рисунка до минимума, а м – ненулевое целое число, указывающее порядок минимума.

Ниже мы суммируем уравнения, необходимые для последующих расчетов.

Скорость света в вакууме c , длина волны света λλ и его частота f связаны следующим образом.

Длина волны света в среде λnλn по сравнению с его длиной волны в вакууме λλ равна

.

Чтобы рассчитать положение конструктивной интерференции для двойной щели, разница в длине пути должна быть целым числом, кратным м длины волны.λλ

dsinθ = mλ, для m = 0,1, −1,2, −2,… (конструктивно), dsinθ = mλ, для m = 0,1, −1,2, −2,… (конструктивно),

где d – это расстояние между прорезями, а θθ – угол между линией от прорезей до максимума и линией, перпендикулярной к преграде, в которой расположены прорези. Чтобы рассчитать положение деструктивной интерференции для двойной щели, разница в длине пути должна быть полуцелым числом, кратным длине волны:

dsinθ = (m + ½) λ, для m = 0,1, −1,2, −2,… (деструктивно).dsinθ = (m + ½) λ, для m = 0,1, −1,2, −2,… (деструктивно).

Для дифракционной картины с одной щелью ширина щели D , расстояние первого ( м = 1) минимум деструктивной интерференции y , расстояние от щели до экрана L , а длина волны λλ равна

Также для дифракции на одной щели

, где θθ – угол между линией от прорези до минимума и линией, перпендикулярной экрану, а м. – это порядок минимума.

Рабочий пример

Пересечение с двумя щелями

Предположим, вы пропускаете свет гелий-неонового лазера через две щели, разделенные расстоянием 0,0100 мм, и обнаруживаете, что третья яркая линия на экране формируется под углом 10,95º относительно падающего луча. Какая длина волны света?

Стратегия

Третья яркая линия обусловлена ​​конструктивной интерференцией третьего порядка, что означает, что м = 3. Вам дано d = 0,0100 мм и θθ = 10.95º. Таким образом, длину волны можно найти с помощью уравнения dsinθ = mλdsinθ = mλ для конструктивной интерференции.

Решение

Уравнение имеет вид dsinθ = mλdsinθ = mλ. Решение для длины волны λλ дает

λ = dsinθm. λ = dsinθm.

17,2

Подстановка известных значений дает

λ = (0,0100 мм) (sin 10,95 °) 3 = 6,33 × 10-4 мм = 633 нм. λ = (0,0100 мм) (sin 10,95 °) 3 = 6,33 × 10-4 мм = 633 нм.

17,3

Обсуждение

В трехзначном формате 633 нм – это длина волны света, излучаемого обычным гелий-неоновым лазером.Не случайно этот красный цвет похож на тот, который излучают неоновые огни. Однако более важным является тот факт, что для измерения длины волны можно использовать интерференционные картины. Янг сделал это для видимых длин волн. Его аналитическая техника до сих пор широко используется для измерения электромагнитных спектров. Для заданного порядка угол конструктивной интерференции увеличивается с λλ, поэтому можно получить спектры (измерения интенсивности в зависимости от длины волны).

Рабочий пример

Дифракция на одной щели

Видимый свет с длиной волны 550 нм падает на одну щель и дает второй минимум дифракции под углом 45 °.0 ° относительно направления падения света. Какая ширина щели?

Стратегия

Исходя из данной информации и предполагая, что экран находится далеко от щели, вы можете использовать уравнение Dsinθ = mλDsinθ = mλ, чтобы найти D .

Решение

Приведены величины λλ = 550 нм, м, = 2 и θ2θ2 = 45,0 °. Решение уравнения Dsinθ = mλDsinθ = mλ для D и замена известных значений дает

D = mλsinθ = 2 (550 нм) sin45.0 ° = 1,56 × 10−6 м. D = mλsinθ = 2 (550 нм) sin45,0 ° = 1,56 × 10−6 м.

17,4

Обсуждение

Вы видите, что щель узкая (она всего в несколько раз больше длины волны света). Это согласуется с тем фактом, что свет должен взаимодействовать с объектом, сравнимым по размеру с его длиной волны, чтобы проявлять значительные волновые эффекты, такие как эта дифракционная картина с одной щелью.

Практические задачи

1.

Монохроматический свет от лазера проходит через две щели, разделенные 0.{\ circ} относительно падающего луча. Какая длина волны света?

1. 51,5 \, \ text {nm}

2. 77.3 \, \ text {nm}

3. 515 \, \ text {nm}

4. 773 \, \ text {nm}

2.

Какова ширина единственной щели, через которую проходит оранжевый свет с длиной волны 610 нм, образуя первый минимум дифракции под углом 30?0 °?

1. 0,863 мкм
2. 0,704 мкм
3. 0,610 мкм
4. 1,22 мкм

Проверьте свое понимание

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Используйте эти задачи для оценки достижений учащихся учебных целей раздела. Если учащиеся борются с какой-то конкретной целью, эти проблемы помогут определить, какие из них, и направить их к соответствующим темам.

3.

Какой аспект луча монохроматического света изменяется, когда он переходит из вакуума в воду, и как он изменяется?

1. Длина волны сначала уменьшается, а затем увеличивается.
2. Длина волны сначала увеличивается, а затем уменьшается.
3. Длина волны увеличивается.
4. Длина волны уменьшается.

4.

Выйдите на улицу на солнечный свет и понаблюдайте за своей тенью. У него нечеткие края, даже если у вас их нет. Это дифракционный эффект? Объяснять.

1. Это дифракционный эффект. Все ваше тело действует как источник нового волнового фронта.
2. Это дифракционный эффект.Каждая точка на краю вашей тени действует как начало нового волнового фронта.
3. Это эффект преломления. Все ваше тело действует как источник нового волнового фронта.
4. Это эффект преломления. Каждая точка на краю вашей тени действует как начало нового волнового фронта.

5.

Какой аспект монохроматического зеленого света изменяется, когда он переходит из вакуума в алмаз, и как он изменяется?

1. Длина волны сначала уменьшается, а затем увеличивается.
2. Длина волны сначала увеличивается, а затем уменьшается.
3. Длина волны увеличивается.
4. Длина волны уменьшается.

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓

• Образование
• Исследовательская работа
• Инновации
• Прием + помощь
• Студенческая жизнь
• Новости
• Выпускников
• О MIT
• Подробнее ↓
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT

Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

разница между интерференцией и дифракцией света ppt

Интерференция возникает между волнами, исходящими от каждого линейного источника.2-й минимум при sin θθθθ = 2 λλλ / D Дифракция: Помехи света изнутри только одной щели D 4 D 4 sin θ Когда… Гл. место! Когда световые волны попадают в наши глаза, мы ощущаем зрение. Дифракция света. Дифракция – это волновая характеристика, возникающая для всех типов волн. Описание: Определите условия, необходимые для возникновения помех. волны! ОСТОРОЖНОСТЬ! дифрагированные! 3. 2 ответа2. Минимумы обусловлены деструктивной интерференцией плоских волн, диффундирующих от краев щели.Кафедра физики и астрономии | Доклад Университета Маккуори по интерференции света. Узнайте о световых волнах и о том, как на них влияют предметы. Интерференция описывается с помощью вещественных и комплексных чисел (в предвкушении квантовой механики). В рубиновом лазере свет от лампы-вспышки в так называемой «оптической накачке» возбуждает молекулы в рубиновом стержне, и они отражаются между двумя зеркалами, пока когерентный свет не выйдет из полости. Когда разность фаз между двумя отраженными лучами (от передней и задней поверхностей) кратна 2π, лучи усиливают друг друга; когда разность фаз кратна π, лучи деструктивно интерферируют, и свет не отражается от пленки.Дифракция света. Количество просмотров: 175. 5. Таким образом, горизонтальная дифракция лазерного луча после того, как он проходит через щели на Рисунке 7, свидетельствует о том, что свет представляет собой волну. Ключевое различие между дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией электронов заключается в том, что дифракция рентгеновских лучей включает в себя дифракцию падающего пучка рентгеновских лучей в разных направлениях, тогда как дифракция электронов включает интерференцию электронного луча. Пройдите тест, чтобы узнать, сколько вы можете вспомнить . Свет проникает через узкую щель, расположенную в фокусе коллимирующей линзы.Физика 102 официальный отчет о помехах kgreine. Узор, видимый на экране за решеткой, состоит из трех желтых пятен, одно на нулевом градусе (прямое) и по одному на ± 45 °. Теперь вы добавляете красный свет равной интенсивности, идущий в том же направлении, что и желтый свет. Точно так же деструктивная интерференция будет возникать, если разность хода составляет 0,5λ, 1,5λ, 2,5λ и т. Д. Интенсивность края интерференции всегда одинакова. Для оптических инструментов проблема возрастает с увеличением диаметра D.Дифракция света, проходящего через круглое отверстие, создает круговые интерференционные полосы, которые часто размывают изображения. Описание. через каждого! В точке деструктивной интерференции (например, 30–1 Результирующая амплитуда из-за n одинаковых осцилляторов. Одна из основных причин различия между дифракцией и интерференцией заключается в возникновении этих двух явлений. В этом случае пики будут обозначены как ( nh, nk, nl). Источник света с одной длиной волны называется монохроматическим. Примеры целей обучения. Создание волн с помощью воды, звука и света… Дифракционная решетка освещается желтым светом при нормальном падении.Дифракционная решетка разделяет плоскую волну на несколько вспомогательных волн, которые можно объединить, чтобы сформировать интерференционную картину. А дифракция возникает из-за наложения подчиненных длин волн. дифракция и! Новый паттерн состоит из интерференции в тонких пленках5. • На интерференцию влияют два фактора. Различие между узорами с одной и двумя щелями легко объяснить с помощью волновой модели света, и мы сделали это во введении в эксперимент Юнга (отсюда следующий рисунок).→ Распространение света … Поскольку k≡2π / λ, когда d = mλ / 2, разность фаз между падающей и отраженной дифракцией относится к общему поведению волн, распространяющихся при прохождении через щель. II. Когерентный источник: два источника, которые непрерывно излучают монохроматический свет с нулевой (или) постоянной разностью фаз между ними, называются когерентными источниками. 5. 3.3а). Интерференция и дифракция. Но когда суперпозиция в точке включает большое количество волн, исходящих из разных частей одного и того же волнового фронта, эффект называется дифракцией.. И рентгеновская дифракция, и электронная дифракция – это аналитические методы, которые мы можем использовать для изучения материи. Условия интерференции света. Волновая оптика: интерференция и дифракция Глава 28: Уокер H-1 H-2 Эксперимент Юнга с двумя щелями • 1801 г. Это различие вводит в заблуждение, поскольку оба эффекта зависят как от дифракции (распространение света), так и от интерференции (комбинирования света) , но он широко используется, поэтому вам следует о нем знать. Дифракция относится к различным явлениям, которые происходят, когда волна встречает препятствие или проем.Дифракцию, интерференцию и поляризацию можно понять с точки зрения волновых свойств света. длина волны света, скажем, 10 000 Å (рис. ppt на интерференции света … • Разница в пути между источниками света должна быть очень маленькой. 2) Графически проверьте длину волны лазерного света, используя данные, собранные из полученной интерференционной картины когда свет проходит через дифракционную решетку. Разница в пути между двумя последовательными плоскостями составляет 2d sin θ, где d – расстояние между плоскостями.14 циклов в секунду). Это происходит из-за интерференции вторичных вейвлетов, исходящих из разных точек на одном волновом фронте. Обладатель премии Standing Ovation в номинации «Лучшие шаблоны PowerPoint» от журнала Presentations. но есть и то, и другое! Дифракция описывает специальный случай рассеяния света, в котором объект с регулярно повторяющимися характеристиками (например, дифракционная решетка) производит упорядоченную дифракцию света в дифракционной картине. … Дифракция Зишан Халид. Таким образом, разность фаз между световыми волнами от двух лампочек непостоянна.Δ φ = 2 π m – интерференция максимально конструктивна, две волны сложили свои амплитуды в точке; Δ φ = 2 π (m + ½) – интерференция максимально деструктивна, амплитуда суммы двух волн в точке равна разности амплитуд отдельных волн Если разность фаз не является целым числом от полуцелой части 2 π, интерференция частичная. Пример: монохроматический свет падает на единственную щель шириной 0,800 мм и a. Картина дифракции… В 1818 году Пуассон использовал теорию Френеля, чтобы предсказать это явление.Дифракция света. Дифракция от плоскостей атомов • Взаимодействие атомов одного и того же типа при d / 4 – n = 1: разность путей между плоскостями A и B равна λ, между A и a – λ / 4 Æ частично деструктивная интерференция – n = 2: путь разница между A и B составляет 2λ, между A и a – λ / 2 Æ полная деструктивная интерференция… Дифракция света – это явление искривления света вокруг углов препятствия или отверстий и его последующего распространения в области… Дифракция волн в повседневной жизни и приложениях 2.Интерференция = наложение двух (или более) … солнечный свет – это некогерентный свет, что означает, что разность фаз между световыми волнами в любых двух точках пространства … Microsoft PowerPoint – Лекция 3 Interference.ppt Автор: Майкл Это связано с суперпозиция световых волн, исходящих от двух когерентных источников. (Pergamon Press, Oxford, 1969). Ключевое различие между дифракцией и интерференцией состоит в том, что дифракция света происходит из-за наложения вторичных вейвлетов, генерируемых различными частями волнового фронта (проще говоря, распространение света, когда луч проходит через щель).Разность фаз между входящим лучом и его отраженным изображением равна k (2 • dn), потому что отраженный луч проходит расстояние 2d в полости (при нормальном падении, θ = 0, даже если θ> 0 на картинке). В случае двух близко расположенных щелей образующийся узор, известный как «двухщелевой интерференционный узор Юнга», возникает из-за интерференции дифрагированного света… ДИФРАКЦИЯ. В целом, однако, дифракция – это подмножество интерференции, т.е. разница между интерференцией и дифракцией состоит в том, что интерференция представляет собой суперпозицию между вейвлетами, исходящими от двух когерентных источников, в то время как дифракция представляет собой суперпозицию между вейвлетами, исходящими от одного волнового фронта, т.е. называется! дифракционная решетка! Кроме того, отношение разности хода к длине волны равно разности фаз, равной 2π.Колесо с одной щелью: поместите одно скользящее колесо на оптическую площадку между датчиком освещенности и излучателем диодного лазера, выберите ширину щели 0,04 мм; 5. Интерференция возникает между частями падающего света, освещающего разные области щели. 27. между каждым из! Волновой фронт может быть сферическим или цилиндрическим. Конструктивное вмешательство по центральной линии! Опишите, как световые волны рассеиваются вокруг препятствий и создают яркие и темные полосы. Добавьте второй источник, чтобы создать картину интерференции.Прочтите файл предустановок: откройте файл “дифракция и интерференция.datastudio” и загрузите данные предустановок; Дифракция. Часть 4. Если 1 y = 1,00 мм, то. Интерференция и волновая природа света До сих пор мы изучали геометрическую оптику, в которой длина волны света намного меньше, чем размер наших зеркал и линз и расстояния между ними. Источники света… Дифракция возникает из-за взаимодействия света, исходящего из разных частей одного и того же волнового фронта.Интерференция световых волн • ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ: o КОГЕРЕНТНЫЕ ИСТОЧНИКИ. o УСЛОВИЯ ДЛЯ СОГЛАСОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. o ПОМЕХИ. • ЭКСПЕРИМЕНТ ДВОЙНОЙ ЩЕЛИ МОЛОДЕЖИ. Дифракция • Интерференция более чем 2 лучей – 3, 4, 5 лучей – Большое количество лучей • Дифракционные решетки – Уравнение – Использование • Дифракция на апертуре – снова принцип Гюйгена, зоны Френеля, пятно Араго – Качественные эффекты, изменения с расстоянием распространения – Снова число Френеля Световые волны проходят сквозь вакуум из-за наличия гипотетической среды, называемой светоносным эфиром.Это мягкое различие, поскольку это, в конечном счете, человеческий способ классификации перекрывающихся явлений, поэтому не стоит принимать это близко к сердцу. 2) Математически и концептуально объяснить принципы интерференции и дифракции света. Интерференция между различными частями дифрагированных световых волн приводит к образованию дифракционной картины. Бахрома никогда не бывает одинаковой ширины. РАЗНИЦА МЕЖДУ ПОМЕХИ И ДИФРАКЦИЕЙ. Источник света с одной длиной волны называется монохроматическим.Интерференция возникает, когда световые волны объединяются в двух разных отправных точках. В интерферометре Майкельсона разность фаз Δϕ между рекомбинированными лучами полностью обусловлена ​​разницей в длине пути между лучами, Δr = 2L 2 –2L 1. Деструктивная интерференция происходит, когда две плоские волны не совпадают по фазе друг с другом. Все конструктивно мешают Также следует отметить тот факт, что если разница в пути между Лучом-1 и Лучом-2 равна, то разница в пути между Лучем-1 и Лучом-3 равна 2, а Луч-1 и Луч-4 равна 3 и т. Д.Для оптических приборов, в отличие от интерференции, это результат наложения световых волн от 2-х когерентных источников. В частности, если свет распространяется на λ, 2λ, 3λ и т. Д. Дальше от одного источника, чем от другого, возникнет конструктивная интерференция. Для конструктивной интерференции первого порядка 2d sin θ = λ (закон Брэгга) Возможна дифракция более высокого порядка. Однако это не говорит о типе волн. Если d – расстояние между щелями, то разность хода между световыми лучами X и Y =… Дифракция nlahoud.Дифракция. Таким образом, свет, выходящий из коллиматора, представляет собой тонкий параллельный пучок, который обеспечивает попадание всего света из щели на дифракционную решетку под одинаковым углом падения. Типичный подход к решению задач дифракции. Дифракция света. Разница между расстоянием, пройденным двумя лучами света, и есть наш PLD, и поэтому в зависимости от того, когда мы получаем полную конструктивную интерференцию, расстояние между положениями зеркала – это наша длина волны, и поэтому мы знаем частоту света, который мы используем. получаем скорость.Термины дифракция и рассеяние часто используются как синонимы и считаются почти синонимами. Из явлений интерференции и дифракции света доказывается, что свет имеет волновую природу. ДИФРАКЦИЯ Дифракция – это интерференционный эффект, вызываемый отражающими полосами, разделенными неотражающей полосой. Интерференционная картина будет возникать только с одной стороны и вызвана разницей в длине пути света, исходящего от точечного источника.Для особого случая сферических волновых фронтов, падающих на прямую кромку (см. рисунок 3.1. и рисунок 3.2. Но почти сразу Араго экспериментально подтвердил предсказание Пуассона. Цель обучения: к концу сегодняшнего урока я смогу: -описание и объяснение дифракции, преломления, поляризации и интерференции световых волн (например, снижение разрешения, вызванное дифракцией, миражи, вызванные преломлением, поляризация, вызванная отражением и фильтры, тонкая интерференция в мыльных пленках и воздушных клиньях, интерференция света на компакт-дисках) (E3.2) • Края оптических изображений размываются из-за дифракции, и это представляет собой фундаментальное ограничение на разрешающую способность оптической системы визуализации .Дифрагирующий объект или апертура фактически становятся вторичным источником распространяющейся волны. Дифракционные решетки. Интерференция световых волн. Световые волны могут мешать друг другу так же, как две волны на воде, приближающиеся друг к другу в пруду, могут мешать друг другу. См. Рис. 1. Как и в случае с волнами на воде, могут быть как конструктивные, так и деструктивные помехи. • Нет физической разницы между явлениями интерференции и дифракции, оба являются результатом суперпозиции света… ПОМЕХИ И ДИФРАКЦИЯ 9.1 Интерференция с двумя щелями. Рассмотрим плоскую волну, движущуюся к стене, и предположим, что фронты волн параллельны стене, как показано на рисунке 1. Световые волны все еще интерферируют, но условия интерференции меняются с каждым изменением фазы, и, следовательно, единой интерференционной картины не наблюдается. На рисунке 6 источники света S1 и S2 создают идентичные волны в фазе. ПОМЕХИ. Интерференция – это комбинация наложения двух или более волн, находящихся в точке пространства. Первый минимум соответствует tom = 1.Эта часть… ПОМЕХИ И ДИФФРАКЦИЯ 33.1 Разность фаз и когерентность Сумма двух гармонических волн одной частоты и волнового вектора представляет собой гармоническую волну, амплитуда которой зависит от разности фаз двух волн (интерференция). Волновая теория света полезна для объяснения таких явлений, как отражение, преломление, интерференция и дифракция… Просмотрите файл diffraction_presentation.ppt из PHYS 242 в Государственном университете Сан-Франциско. многощелевая решетка (дифракционная решетка). вмешательство! вмешательство принимается! В течение многих лет ученые спорили о том, является ли свет линейным потоком частиц или… В этом случае не используются линзы, чтобы сделать лучи параллельными.Связанные и некогерентные источники. В отличие от интерференции это результат наложения световых волн от 2-х когерентных источников. Никто никогда не мог удовлетворительно определить разницу между интерференцией и дифракцией. Дифракция Френеля: это означает, что источник света и экран находятся на конечном расстоянии от препятствия. световые волны с краями предметов. Поэкспериментируйте с дифракцией через отверстия эллиптической, прямоугольной или неправильной формы. Ключевое различие между дифракцией и интерференцией состоит в том, что дифракция света происходит из-за наложения вторичных вейвлетов, генерируемых различными частями волнового фронта (проще говоря, распространение света, когда луч проходит через щель).Чтобы различать эти две ситуации, мы называем картину с двумя щелями интерференционной картиной, а картину с одной щелью – картиной дифракции. На самом деле дифракционная картина – это глубоко укоренившееся неправильное название. Конструктивная и деструктивная интерференция будут возникать, когда эти уравнения справедливы в центре луча; на детекторе есть яркое или темное центральное пятно. Дифракция – это отклонение от волн по краям и углам, которое возникает, когда часть волнового фронта прерывается или пересекает его барьером или препятствием.(b) Ширина центрального максимума составляет W = 2y 1 = 2 (1,00 x 10 -3 м) = 2,00 мм. Опять путь есть! Дифракционная дифракция – распространение света в область за препятствием Дифракция более выражена, когда длина волны меньше, чем размер препятствия или щели. Холл, Верхняя Седл-Ривер, 2000). Источник света должен быть однотонным. Источник света должен быть когерентным, то есть он должен быть дополнительным источником и происходить из одного источника.Источник света должен быть узким и иметь одинаковую интенсивность. Интерференция – это явление, при котором две волны накладываются друг на друга, образуя результирующую волну разной амплитуды. Различия между интерференцией и дифракцией света: Интерференция возникает из-за взаимодействия света, исходящего от двух разных волновых фронтов, исходящих от одного и того же источника. и мы получаем! –Возможные инверсии фаз при отражении –Различия в пройденном расстоянии • Условия действительны, если среда над верхней поверхностью такая же, как среда под нижней поверхностью.Эффект неравномерного распределения энергии в среде в результате наложения двух световых волн называется интерференцией. Он определяется как изгиб волн вокруг углов препятствия или через проем в область геометрической тени препятствия / проема. Достоинства: 1. свет от другой лампочки. Волны должны быть одноцветными – одной длины волны. • На этой иллюстрации свет от соседних линий имеет разницу в длине пути, равную одной красной длине волны.4) Найдите разность хода, длину волны и угол для конструктивной и деструктивной интерференции. Процесс преобразования неполяризованного света в поляризованный известен как поляризация света. полость, мешающая сама себе. Установите барьер, чтобы исследовать дифракцию на одной щели и интерференцию с двумя щелями. Основное различие между дифракцией Френеля и Фраунгофера заключается в том, что при дифракции Френеля источник света и экран находятся на конечном расстоянии от препятствия, а при дифракции Фраунгофера, если источник света и экран находятся на бесконечном расстоянии от препятствия.4. Коллиматор, дифракционная решетка и телескоп. Источники света должны иметь одинаковую амплитуду. Чтобы сформировать интерференционную картину, падающий свет должен удовлетворять двум условиям: (i) источники света должны быть когерентными. Изучите разницу между преломлением, дисперсией и дифракцией. Эксперимент Юнга с двойной щелью ясно показывает, что свет – это волна. Лекция призвана объяснить: 1. Существуют следующие два условия для интерференции двух световых волн: Источники волн должны быть когерентными, что означает, что они излучают идентичные волны с постоянной разностью фаз.Помехи – это результат взаимодействия двух разных волновых фронтов, исходящих от одного и того же источника. 6. Различия между интерференцией и дифракцией: термин интерференция используется для характеристики суперпозиции нескольких когерентных волн (скажем, двух). Лучшие в мире шаблоны PowerPoint – CrystalGraphics предлагает больше шаблонов PowerPoint, чем кто-либо другой в мире, с более чем 4 миллионами на выбор. прорезей! 2 2 ′ Условие для того, чтобы каждый луч, исходящий из верхней половины щели, деструктивно мешал соответствующему лучу, исходящему из нижней половины.Интерференция – это явление, при котором две волны накладываются друг на друга, образуя результирующую волну разной амплитуды. Бахрома может быть или не быть одинаковой ширины. Свет должен быть монохроматическим, то есть включать только одну частоту (одну длину волны). Картина, видимая на экране, на самом деле является еще одной интерференционной картиной. Это связано с взаимодействием света, исходящего от двух разных волновых фронтов, исходящих от одного и того же источника. 3) Опишите суперпозицию световых волн и способы создания интерференционных картин.Глава 32: Интерференция и дифракция, четверг, 1 декабря • Краткий обзор волновой интерференции (PHY2048) • Двухщелевая интерференция волн • Дифракция • Однощелевая дифракция Чтение: до страницы 575 в учебнике (гл. Поляризованные световые волны – это световые волны в которой колебания происходят в одной плоскости. Разница между дифракцией Френеля и Фраунгофера. Интерференция двух одномерных электромагнитных волн 3. Если эти условия не выполняются, все равно возникают конструктивные и деструктивные помехи, но лазер – это устройство, которое может производить интенсивный узкий луч света… Условия помех 1.Ширина полос при интерференции света равна, а при дифракции света ширина полос не равна. 2. Дифракционная решетка: давайте сойдем с ума и сделаем много щелей. Свет дифракционирует! ), m-й дифракционный максимум может… Разница между интерференцией и дифракцией: Интерференция. М. Борн и Э. Вольф, Принципы оптики: электромагнитная теория распространения, интерференции и дифракции света, 4-е изд. Если дифракция наблюдается для какого-то явления, это свидетельствует о том, что это явление является волной.3. Разница между дифракцией и интерференцией 1) Определение дифракции и интерференции. Дифракция. Дифракция света, проходящего через круглое отверстие, создает круговые интерференционные полосы, которые часто размывают изображения. Они придадут вашим презентациям профессиональный, запоминающийся вид – такой изысканный вид, которого ожидает сегодняшняя аудитория. Он расценил это как доказательство того, что волновая теория Френеля была абсурдной и что свет должен быть частицей, а не волной. Целью лекции по дифракции света является объяснение: 1.Дифракция волн в повседневной жизни и приложениях 2. Интерференция двух одномерных электромагнитных волн 3. Типичные задачи дифракции: щель, периодический массив щелей, круглая апертура 4. Типичный подход к решению задач дифракции Интерференционные полосы имеют одинаковую ширину. … – презентация PowerPoint PPT. 71 Интерференция и дифракция 71 – Страница 2 из 12 Автор Энн Хэнкс Теория одной щели Когда дифракция света происходит при его прохождении через щель, угол до минимумов (темное пятно) в дифракционной картине определяется как sin θ = mλ (m = 1,2,3,…) (1)… Интерференционные картины нескольких щелей • В пределах одного периода количество минимумов = N-1 • Отношение интенсивностей первичного и вторичного максимумов ~ N2 • Ширина первичного максимумы ~ 1 / N в пределе большого N • Многощелевая интерференционная картина модулируется функцией огибающей из-за дифракции L = 1.33м. Рассмотрим луч света, падающий на решетку, линии действуют как вторичные точечные (или линейные) источники света и повторно излучают свет во всех направлениях (光 必須 繞過 линий 才能 通過 стекло). Девайс нравится! Обычным источником разности фаз является разница длин путей ∆x: 2360xx0 δπ λ λ == ∆ ∆ Пример 1. 25.6 Дифракция на одной щели: интерференция света от одной щели 25.7 Дифракционные решетки … слайды ppt) Раздел 25.6. Конструктивная интерференция. Разрушающая интерференция. Конструктивная интерференция. Результирующая волна имеет большую амплитуду, чем изначально были отдельные волны. Конструктивная интерференция световых волн может наблюдаться, когда свет одной длины волны проходит через две маленькие щели на экране.Изучение этих двух явлений важно из-за множества применений интерференции и дифракции. Действие дифракционной решетки X. d Разность хода = d sin. Если хотите, можете считать, что эта плоская волна генерируется стеной плоской волны (рис. 1) точечным источником, который расположен на очень большом расстоянии слева от стены. Свет, дифрагированный решеткой, определяется путем суммирования света, дифрагированного от каждого из элементов, и по сути представляет собой свертку дифракционных и интерференционных картин. 8 циклов / сек).Типичные дифракционные задачи: щель, периодический набор щелей, круглая апертура. 32) • V. ВАЖНО: Заключительный экзамен будет на HCB103 / 316 • HCB316, фамилии от A до J; HCB103, разница в длине от K до Z. Различие между дифракцией и интерференцией – важное соображение при изучении света в физике. (Чтобы наблюдать волновое поведение света, размер щели и расстояние между ними должны быть сопоставимы или меньше длины волны света.) Закон Брэгга не является достаточным условием для дифракции… Раздел 1 Интерференция: объединение световых волн • Интерференция имеет место только между волны с одинаковой длиной волны.Дифракция на одной щели Обратите внимание, что центральный максимум вдвое шире вторичных максимумов Sin = m / W, Разрушительные темные полосы на экране y = L tan L… Когда разность фаз между двумя отраженными лучами (от передней и задней поверхностей) кратна 2π балки усиливают друг друга; когда разность фаз кратна π, лучи деструктивно интерферируют, и свет не отражается от пленки.