Дисперсия дифракция интерференция света тест: Тест “Дисперсия. Интерференция. Дифракция”

Содержание

Тест “Дисперсия. Интерференция. Дифракция”

Тест «Дисперсия. Интерференция. Дифракция»

Задание 1 Кто из ученых открыл явление дисперсии?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Ньютон 2) Юнг

3) Фраунгофер 4) Гюйгенс

Задание 2 Какой цвет не является основным в спектре?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Красный 2) Сиреневый

3) Зеленый 4) Синий

Задание 3 Монохроматический свет – это

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Многоцветный свет 2) Трехцветный свет

3) Двухцветный свет 4) Одноцветный свет

Задание 4 Выберите признак, который характерен для явления дисперсии.

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Радужная полоска (спектр)

2) Огибание светом края препятствий

3) Распространяющаяся волна престает быть однородной. Появляются

места с большей и меньшей амплитудой

4) Появление у края препятствия областей с большей и меньшей

освещенностью и появление освещенности в области тени

Задание 5 В некоторую точку пространства приходят когерентные лучи с разностью хода 1,2 мкм, длина волны которых 600 нм. Определите результат интерференции в этой точке пространства.

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) минимум интенсивности

2) максимум интенсивности

3) ответ не однозначен

4) равномерная освещенность

Тест «Дисперсия. Интерференция. Дифракция»

Задание 1 Кто из ученых открыл явление дисперсии?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Ньютон 2) Юнг

3) Фраунгофер 4) Гюйгенс

Задание 2 Какой цвет не является основным в спектре?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Красный 2) Сиреневый

3) Зеленый 4) Синий

Задание 3 Монохроматический свет – это

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Многоцветный свет 2) Трехцветный свет

3) Двухцветный свет 4) Одноцветный свет

Задание 4 Выберите признак, который характерен для явления дисперсии.

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Радужная полоска (спектр)

2) Огибание светом края препятствий

3) Распространяющаяся волна престает быть однородной. Появляются

места с большей и меньшей амплитудой

4) Появление у края препятствия областей с большей и меньшей

освещенностью и появление освещенности в области тени

Задание 5 В некоторую точку пространства приходят когерентные лучи с разностью хода 1,2 мкм, длина волны которых 600 нм. Определите результат интерференции в этой точке пространства.

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) минимум интенсивности

2) максимум интенсивности

3) ответ не однозначен

4) равномерная освещенность

Задание 6 В воздухе интерферируют когерентные волны с частотой 5·1014 Гц. Усилится или ослабнет свет в точке, если разность хода лучей в ней равна 2,4 мкм? Почему?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) ослабнет, т.к. разность хода равна четному числу полуволн

2) усилится, т.к. разность хода равна целому числу волн

3) ослабнет, т.к. разность хода равна нечетному числу полуволн

4) усилится, т. к. разность хода равна нечетному числу полуволн

Задание 7

При каком условии будет наблюдаться дифракция света, длина волны которого λ, а размер отверстия b?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) b = λ 2) b>> λ

3) Дифракция происходит при любых размерах отверстия 4) b<< λ

Задание 8 Если период дифракционной решетки 20 мкм, то, какое максимальное число дифракционных максимумов можно наблюдать для света с длиной волны 671 нм?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) 5 2) 2

3) 30 4) 10

Задание 9 При помощи дифракционной решетки с периодом 0,02 мм получено первое дифракционное изображение на расстоянии 3,6 см от центрального максимума и на расстоянии 1,8 м от решетки. Определите длину волны падающего света.

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) 2 мкм 2) 4 мкм

3) 0,4 мкм 4) 0,2 мкм

Задание 10 Определите угол отклонения лучей зеленого света ( в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решетки, период которой равен 0,02 мм.

Задание 6 В воздухе интерферируют когерентные волны с частотой 5·1014 Гц. Усилится или ослабнет свет в точке, если разность хода лучей в ней равна 2,4 мкм? Почему?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) ослабнет, т.к. разность хода равна четному числу полуволн

2) усилится, т.к. разность хода равна целому числу волн

3) ослабнет, т.к. разность хода равна нечетному числу полуволн

4) усилится, т.к. разность хода равна нечетному числу полуволн

Задание 7 При каком условии будет наблюдаться дифракция света, длина волны которого λ, а размер отверстия b?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) b = λ 2) b>> λ

3) Дифракция происходит при любых размерах отверстия 4) b<< λ

Задание 8 Если период дифракционной решетки 20 мкм, то, какое максимальное число дифракционных максимумов можно наблюдать для света с длиной волны 671 нм?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) 5 2) 2

3) 30 4) 10

Задание 9 При помощи дифракционной решетки с периодом 0,02 мм получено первое дифракционное изображение на расстоянии 3,6 см от центрального максимума и на расстоянии 1,8 м от решетки. Определите длину волны падающего света.

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) 2 мкм 2) 4 мкм

3) 0,4 мкм 4) 0,2 мкм

Задание 10 Определите угол отклонения лучей зеленого света ( в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решетки, период которой равен 0,02 мм.

Тест по физике (11 класс) с ответами

Какие волны называются когерентными?

волны, имеющие одинаковую частоту

волны, имеющие одинаковую амплитуду

волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз

Поляризация света доказывает, что свет –
поток нейтральных частиц
поперечная волна
продольная волн

Что называется дифракцией света?
разложение белого света в спектр при помощи стеклянной призмы
усиление или ослабление света при наложении двух когерентных волн
огибание светом препятствий

Цвета спектра (красный – к, оранжевый – о, синий – с, желтый – ж, голубой – г, зеленый – з, фиолетовый – ф) в порядке убыли длины волны правильно указаны в ответе:
1.

ф, с, г, з, ж, о, к
к, о, ж, з, г, с, ф
ф, г, з, с, ж, о, к

Радужная окраска тонких пленок нефтепродуктов в лужах вызвана явлением
дифракции
дисперсии
интерференции

Просветление линз объясняется за счет явления

дифракции

поляризации

интерференции

При просмотре фильмов в формате 3D зрители надевают специальные очки, которые позволяют «сделать» изображение объемным. На каком явлении основано действие очков?

дисперсия

поляризация

дифракция

Каким образом можно на опыте получить когерентные волны?

от двух источников одинаковой частоты

от двух произвольных источников
разделив световой луч на две части
Укажите длину волны видимого света

50 мкм

5 мкм

0,5 мкм

При соприкосновении двух стеклянных пластин в отраженном свете можно наблюдать образование разноцветных полос. Это явление связано с

интерференцией света
дифракцией света
дисперсией света

Какой ученый открыл явление дисперсии?

Ньютон

Лоренц

Гюйгенс

Чему равен абсолютный показатель преломления?

Что является обязательным условием интерференции?

наличие поляризатора

когерентность световых волн

все перечисленное

Способна ли призма изменять свет?

нет

да

Для чего используют дифракционную решетку?

для определения скорости световой волны

для определения частоты колебаний

для определения длины световых волн
Какой ученый открыл явление интерференции света?

Френель

Ньютон

Юнг

Как называется устройство, представляющее собой совокупность большого числа узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками?

поляроид

дифракционная решетка

призма

При каких условиях будет наблюдаться интерференция двух пучков света?

амплитуды колебаний одинаковы
начальные фазы колебаний одинаковы
частоты колебаний одинаковы

Условие интерференционных минимумов когерентных волн:

Условие интерференционных максимумов когерентных волн:

Крылышки стрекозы на солнце переливаются всеми цветами радуги. Каким свойством света можно объяснить это явление?

интерференция

дисперсия

дефракция

Какое название получила интерференционная картина, имеющая вид концентрических колец?

кольца Юнга

кольца Ньютона

кольца Гюйгенса
Что называется дисперсией света?

усиление или ослабление света при наложении двух когерентных волн

огибание светом препятствий

разложение белого света по цветам спектра

Какова длина световой волны?

от 4·10-7 до 8·10-7 м

от 4·10-7 до 8·10-7 км

от 4·107 до 8·107 м

Где применяют явление интерференции?

проверка качества поверхности

просветление оптики

все перечисленное

В работах какого ученого было завершено исследование дифракции?

Лоренц

Френель

Юнг

Обычно период дифракционной решетки равен:

10 мкм

2мкм

0,1 мкм

Какие световые волны называются поляризованными?

с колебаниями, происходящими в одной определенной плоскости

с колебаниями, происходящими по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространению волн

Что относится к недостатку поляроидов?

красный оттенок, который они придают белому свету

фиолетовый оттенок, который они придают белому свету

у них нет недостатков

Что такое радуга?

дифракция света в мельчайших капельках воды

интерференция света в мельчайших капельках воды

дисперсия света в мельчайших капельках воды

Для чего используют кристалл турмалина?

для преобразования плоскополяризованного света в естественный

для преобразования естественного света в плоскополяризованный

для разложения белого света на спектр
Где применяют явление дисперсии?

шлифовка бриллиантов

просветление оптики

все перечисленное

Название какого термина произошло от латинского слова cohaereus – взаимосвязанный?

дисперсия

поляризация

когерентность

Когерентны ли волны от различных источников света?

да

нет

Какой из названных лучей наиболее сильно преломляется?

красный

фиолетовый

желтый

Кому из ученых первому удалось измерить длину световой волны?

Ньютону

Лоренцу

Юнгу

Изменяется ли длина волны при переходе ивета из одной среды в другую?

да

нет

Как называется устройство, представляющее собой тонкую пленку кристаллов герапатита, нанесенную на стеклянную пластинку?

поляроид

дифракционная решетка

призма

По какой формуле можно вычислить период d дифракционной решетки (a – ширина прозрачных щелей, b – непрозрачных)?

d = a – b

d = a + b

d

Волны от различных источников света могут быть когерентными, если эти источники –

электрические

химические

квантовые

Ответы.
Номер вопроса

Ответ

3

2

3

2

3

3

2

3

3

1

1

1

2

1

3

2

2

3

1

3

1

2

3

1

3

2

1

1

2

3

2

1

3

2

2

3

1

2

2

3

Официальный сайт ГБОУ СОШ №336

Тест по теме: «Интерференция света. Дифракция света».

(на соответствие)

Разработал учитель физики школы №336 Жигальская О.С.

 

                                   1. Чем объясняются  перечисленные ниже явления? Установите соответствие между физическими явлениями.

 

А.Радужная окраска тонких мыльных            и масляных пленок;

1. Дифракция света;

 

Б. Отклонение световых лучей в область геометрической тени.

2. Дисперсия света;

 

В. Узкий пучок белого света в результате прохождения  через стеклянную призму

расширяется и на экране наблюдается разноцветный спектр.                              

3.Интерференция света;

 

4.Поляризация света.

                 

            А

           Б

            В

 

 

 

 

      2. Установите соответствие между физическими понятиями:

 

А. Дифракционная решетка

1.Тело

Б. Дисперсия

2.Величина

В.Длина волны

3.Вещество

Г.Интерферометр

4.Явление

 

5.Измерительный прибор

  

        А        

        Б

          В

          Г

 

 

 

 

 

      3. Установите соответствие между физическими явлениями и приборами,   в которых используются или наблюдаются эти явления.

 

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

ПРИБОР

А) Ионизация газа

1.Дифракционная решетка

Б) Линейчатый спектр

2.Просветленный объектив

В) Голография

3.Счетчик Гейгера

 

4.Призменный спектроскоп

 

5.Лазер

  

             А

             Б

              В

 

 

 

 

       4. Расположите в порядке убывания длины электромагнитных волн, используемых в различных приборах:

 

ПРИБОР

№ п/п

А. Инфракрасное излучение пульта дистанционного управления.

1.

Б. Электромагнитное излучение мобильного телефона.

2.

В.Излучение радиостанции, работающей  в диапазоне FM

3.

Г.Рентгеновское излучение

4.

  

        А

        Б

          В

           Г

 

 

 

 

 

5. При каких значениях разности хода волн Δd наблюдается  интерференционные максимум и минимум. Установите соответствие.

 

Интерференционная картина

Формула

А). Интерференционный  максимум

1. d sin φ = k λ

Б). Интерференционный минимум

2.Δd=k λ

 

3. Δd=(2k+1)λ/2

  

                  А

                  Б

 

 

 

 

Тест на тему «Оптика» (11 класс)

Всероссийский дистанционный конкурс для педагогов на лучшую методическую разработку «Тест по физике и информатике»

Автор: Литвиненко Ирина Витальевна, преподаватель физики, ГАУ КО ПОО «Колледж сервиса и туризма», г. Калининград.

Предмет: Физика

Тест на тему «Оптика» (11 класс)

Тест предназначен для контроля знаний по теме «Оптика» в 11 классе.

Работа со­сто­ит из 15 за­да­ний базового уров­ня сложности.
Заданий с крат­ким ответом – 15.
Работа рас­счи­та­на на 12 минут.

Максимальный балл за работу – 15.

Инструкция к заданиям.

Внимательно прочитайте вопрос. В каждом вопросе, только один правильный ответ. Ответом к заданиям является одна буква или цифра, которая соответствует номеру правильного ответа. Ответ запишите в виде столбика, где первой цифрой является номер вопроса, а второй – буква или цифра, соответствующая правильному ответу на вопрос.

Например:

1) А

2) Г

3) 1

4) В и.т.д.

Тест на тему «Оптика»

1. Углом падения называют угол между…

А. отражённым лучом и падающим

Б. отражающей поверхностью и перпендикуляром

В. перпендикуляром и падающим лучом

Г. отражающей поверхностью и преломлённым лучом

2. Формула тонкой линзы

А. 1/d+1/D = D

Б. 1/d +1/f = 1/F

B. 1/d + 1/D = 1/F

3. Предмет находится от собирающей линзы на расстоянии, большем фокусного, но меньшем двойного фокусного. Изображение предмета – …

А. мнимое и находится между линзой и фокусом

Б. действительное и находится между линзой и фокусом

В. действительное и находится между фокусом и двойным фокусом

Г. действительное и находится за двойным фокусом

4. Абсолютный показатель преломления любой среды:

А) n <1

Б) n = 1

В) n >1

Г) n = 0

5. Явление полного внутреннего отражения может наблюдаться при переходе светового луча:

А. Через границу раздела любых сред. 

Б. Из воды в воздух;    

В. Из прозрачной среды в непрозрачную;    

Г. Из воздуха в воду через границу раздела любых сред.


6. Какое явление открыл Ньютон

А. Интерференция

Б. Дисперсия

В. Дифракция

Г. Поляризация

7. На белом листе бумаги написано красным фломастером «удовлетворительно» и зелёным фломастером – «хорошо». Через какое стекло надо смотреть, чтобы увидеть оценку «удовлетворительно»?

А. Через красное стекло

Б. При любом стекле надпись будет видна черным цветом

В. Через два стекла вместе

Г. Через зеленое стекло

8. Какое физическое явление объясняет радужную окраску чешуи рыбы?

А. Дифракция света

Б. Интерференция света

В. Дисперсия света

Г. Поляризация света

9. Оптическая сила линзы равна 5 дптр. Каково фокусное расстояние линзы?

А. 5 см

Б. 0.2 см

В. 20 см

Г. 4 см

10. Когда примерно появились первые очки?

А. Около 1387 г.

Б. Около 1286 г.

В. Около 1754 г.

Г. Около 1643 г.

11. Солнечный свет падает на диск, наблюдатель видит чередование цветных полос. На каком явлении основано образование цветных полос?

А. Дифракция отраженных лучей света

Б. Поглощение световых волн определенной длины волны

В. Прямолинейное распространение света

Г. Дисперсия света

12. Верно утверждение(-я):

Дисперсией света объясняется физическое явление:

А – фиолетовый цвет мыльной пленки, освещаемой белым светом.

Б – фиолетовый цвет абажура настольной лампы, светящейся белым светом.

1) только А   

2) только Б     

3) и А, и Б   

4) ни А, ни Б

13. Луч, идущий параллельно главной оптической оси линзы после преломления …

А. идёт через двойной фокус

Б. идёт через оптический центр линзы

В. после преломления идёт через фокус

Г. никогда не преломляется

14. Прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями, называется

А. зеркалом

Б. световодом

В. линзой

Г. стеклянной призмой

15. При попадании солнечного света на капли дождя образуется радуга. Объясняется это тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, которые каплями воды по-разному…

А. поглощаются

Б. преломляются

В. поляризуются

Г. отражаются

Ответы к тесту

вопроса

ответ

1

В

2

Б

3

Г

4

В

5

А

6

Б

7

Г

8

Б

9

В

10

Б

11

А

12

2

13

Б

14

В

15

Г

Шкала пересчета первичного балла в отметку

Тестовой работы по пятибалльной шкале

«2»

«3»

«4»

«5»

0 – 7

8 – 10

11 – 12

13- 15


Источники.

Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10 класс [Текст]: Учебник для общеобразовательных учреждений. – М., 2016.

Урок 16. волновые свойства света. приборы, использующие волновые свойства света – Естествознание – 11 класс

Естествознание, 11 класс

Урок 16. Волновые свойства света. Приборы, использующие волновые свойства света

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

  • какова роль знаний о волновых свойствах света для объяснения принципа действия световых приборов
  • где применяется интерференция и поляризация
  • какие устройства делают свет поляризованным

Глоссарий по теме:

Интерференция света – перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких световых волн.

Дифракция света – огибание электромагнитной волной препятствий соизмеримых с длиной волны.

Дифракционная решётка – оптический прибор, применяющийся для разложения светового излучения в спектр.

Поляризация света – выделение из пучка естественного света лучей с определенной ориентацией вектора напряженности электрического поля.

Полное внутреннее отражение – явление возврата светового луча в исходную среду после попадания на границу раздела двух сред при падении его из более оптически плотной среды в менее плотную.

Поляризатор – прибор, превращающий естественный свет в линейно-поляризованный.

Оптоволокно (оптические световоды) – нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Спектральный анализ – совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения.

Естественный свет – оптическое излучение с быстро и беспорядочно изменяющимися направлениями напряженности электромагнитного поля.

Линейнополяризованный свет – это электромагнитная волна, поляризованная таким образом, что направление вектора напряженности электрического поля остается неизменным

Основная и дополнительная литература по теме урока:

  • Естествознание. 11 класс: Учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2017 – §28, С. 90-93.
  • Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. учреждений: базовый уровень; профильный уровень/А.В. Грачев, В.А. Погожев, А.М. Салецкий и др.- М.: Вентана-Граф, 2018. – 464 с.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Какова роль знаний о световых явлениях и волновых свойствах света для объяснения принципов функционирования и применения световых приборов?

Начнём с интерференции света.

Интерференция света принципиально не отличается от интерференции других волн. Однако наблюдение и исследование интерференции световых волн затруднено, так как свет не является строго монохроматическим. Впервые эту проблему решил английский физик Томас Юнг.

Опыт Юнга заключался в следующем: свет падает на экран, в котором имеется узкая щель. проходя через щель, волна попадает на второй экран с двумя щелями. Каждая из этих щелей создает свою волну с одинаковыми свойствами. Эти волны могут интерферировать. Результатом интерференции является появление светлых и темных полос на третьем экране. Светлая полоса свидетельствует о том, что волны на экран пришли в одной фазе и усиливают друг друга, а темная полоса является результатом ослабления двух волн. Для усиления волн необходима одинаковая фаза. Следовательно, разность расстояний (разность хода) должна быть кратной четному числу длин полуволн.

Для ослабления волн они должны приходить в точку в противофазе. То есть для этого разность расстояний должна быть кратной нечетному числу длин полуволн.

Если интерференционной картине сопоставить график интенсивности света I, то он будет иметь вид синусоиды.

Положение максимумов и минимумов синусоиды будет зависеть от длины волны света, падающего на щель.

Как мы уже говорили ранее, белый свет полихроматический, т.е. включает спектр цветов от красного до фиолетового. Поэтому при интерференции мы наблюдаем максимумы не белого цвета, а всего спектра. Положение цветной полоски зависит от длины волны каждого света, входящего в белый.

Таким образом, не только с помощью призмы, но и с помощью интерференции можно разложить свет на спектр.

Наиболее эффективно для разложения света использовать не одну, а несколько щелей. Устройство, состоящее из многих равноотстоящих щелей, стали называть дифракционной решёткой. И чем больше щелей и чем они плотнее, тем больше эффективность дифракционной решетки как спектрального прибора. С помощью дифракционной решётки можно определить длину световой волны.

k·λ=d·sinφ,

k – номер рассматриваемого максимума

λ – длина световой волны

d – период дифракционной решётки

Следующее волновое свойство света, которое мы рассмотрим – это поляризация

Свет представляет собой электромагнитную волну, свойства которой таковы, что вектор напряженности электрического поля всегда перпендикулярен вектору индукции магнитного поля и оба этих вектора перпендикулярны скорости распространения волны.

В то же время в разных точках пространства и в разные моменты времени векторы E и B, оставаясь перпендикулярными друг другу и вектору скорости, могут изменять направления. Такой свет называется естественным.

При помощи специальных приборов, называемых поляризаторами, из такого естественно поляризованного света можно выделить волну, в которой направления векторов E и В будут оставаться неизменными. Такая волна называется линейно поляризованной.

Обычно поляризаторы представляют собой пластины, сделанные из прозрачного материала, например, из турмалина, герапатита, исландского шпата.

Через поляризатор проходят только те волны, вектор напряженности которых параллелен оси кристалла. В результате прохождения через поляризатор свет из естественного превращается в линейно-поляризованный.

Если же на пластину направить линейно-поляризованный свет, то интенсивность света на выходе будет зависеть от положения оси кристалла относительно направления вектора напряженности. В частности, если ось кристалла перпендикулярна вектору напряженности, то свет не пройдет через эту пластину.

Линейно-поляризованный свет можно получить также при помощи лазерных источников

Давайте вспомним из курса физики еще одно свойство света, которое широко используется человеком. Это явление полного внутреннего отражения.

Явление полного внутреннего отражения наблюдается, когда свет переходит из более плотной оптической среды в менее плотную.

Явление полного внутреннего отражения нашло применение в современных устройствах.

Допустим, нам нужно передать луч света на некоторое расстояние вдоль некоторого извилистого пути (подобно тому, как по проводу передается ток). Создают двойную стеклянную трубку из материалов с различной оптической плотностью.

Сердцевину делают из оптически более плотного вещества, а внешнюю трубку из вещества с меньшим показателем преломления. Подобная трубка называется оптическим световодом. Ее также называют оптическим волокном.

Оптические световоды применяются в настоящее время для передачи информации с очень высокой плотностью.

Компьютеры, к которым подключена оптоволоконная связь, работают гораздо эффективнее, чем, например, компьютеры, подключенные к сети при помощи телефонной линии.

Сегодня на уроке мы изучили волновые свойства света и рассмотрели приборы, использующие их свойства. Это дифракционная решётка, поляризатор, оптический световод.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Текст задания 1:

Используя конспект урока, найдите и выделите цветом по вертикали и горизонтали понятия.

  1. Огибание волнами препятствий
  2. С помощью этого оптического прибора можно естественный свет превратить в плоско-поляризованный
  3. Волновое свойство света, применяемое в дифракционных решётках
  4. В этом приспособлении для передачи информации используется явление полного внутреннего отражения

Правильный вариант: дифракция, поляризатор, интерференция, оптоволокно.

Текст задания 2:

Вставьте пропущенные слова.

Если налить в стакан воду и поднять её выше уровня глаз, то поверхность воды при рассмотрении её снизу кажется посеребрённой вследствие __________ __________ ___________.

Правильный вариант: полного внутреннего отражения.

Дифракция света. Волновая оптика ::Класс!ная физика


Дифракция

– это явление, присущее волновым процессам для любого рода волн.

– наблюдение дифракции волн на водной поверхности при прохождении волн через узкую щель (с краю видны закругления плоских волн).

Дифракция света

– это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий.

Явление дифракции света доказывает, что свет обладает волновыми свойствами.

Для наблюдения дифракции можно:

– пропустить свет от источника через очень малое отверстие или расположить экран на большом расстоянии от отверстия. Тогда на экране наблюдается сложная картина из светлых и темных концентрических колец.
– или направить свет на тонкую проволоку, тогда на экране будут наблюдаться светлые и темные полосы, а в случае белого света – радужная полоса.

– наблюдение дифракции света на малом отверстии.

Объяснение картины на экране:

Французский физик О. Френель объяснил наличие полос на экране тем, что световые волны, приходящие из разных точек в одну точку на экране, интерферируют между собой.

Принцип Гюйгенса – Френеля

Все вторичные источники, расположенные на поверхности фронта волны, когерентны между собой.
Амплитуда и фаза волны в любой точке пространства – это результат интерференции волн, излучаемых вторичными источниками.

Принцип Гюйгенса-Френеля дает объяснение явлению дифракции:

1. вторичные волны, исходя из точек одного и того же волнового фронта (волновой фронт – это множество точек, до которых дошло колебание в данный момент времени) , когерентны, т. к. все точки фронта колеблются с одной и той же частотой и в одной и той же фазе;
2. вторичные волны, являясь когерентными, интерферируют.

Явление дифракции накладывает ограничения на применение законов геометрической оптики:

Закон прямолинейного распространения света, законы отражения и преломления света выполняются достаточно точно только , если размеры препятствий много больше длины световой волны.

Дифракция накладывает предел на разрешающую способность оптических приборов:

– в микроскопе при наблюдении очень мелких предметов изображение получается размытым
– в телескопе при наблюдении звезд вместо изображения точки получаем систему светлых и темных полос.


Дифракционная решетка

– это оптический прибор для измерения длины световой волны.

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

Если на решетку падает монохроматическая волна . то щели (вторичные источники) создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов.


Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка АС. Если на этом отрезке укладыается целое число длин волн, то волны от всех щелей будут усиливать друг друга. При использовании белого света все максимумы (кроме центрального) имеют радужную окраску.

Итак, условие максимума:

где k – порядок (или номер) дифракционного спектра

Чем больше штрихов нанесено на решетке, тем дальше друг от друга находятся дифракционные спектры и тем меньше ширина каждой линии на экране, поэтому максимумы видны в виде раздельных линий, т.е. разрешающая сила решетки увеличивается.

Точность измерения длины волны тем больше, чем больше штрихов приходится на единицу длины решетки.

Дифракционная картина от тонкой проволоки

Дифракция в глазе



А ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?


Датский астроном Оле Рёмер знаменит тем, что впервые измерил скорость света, однако не только за это соотечественники говорят ему «спасибо». Именно благодаря Рёмеру в Копенгагене впервые в Европе появилось уличное освещение, ведь до этого горожанам приходилось носить с собой громоздкие фонари.
___

Интересно, что алмаз является не только рекордсменом по твердости и отражению света, но он может еще и снизить скорость света почти на половину – до 124 000 км/c.


Другие страницы по теме “Волновая оптика”:

Природа света. Измерение скорости света
Отражение света
Преломление света
Полное внутреннее отражение
Дисперсия света
Интерференция света
Дифракция света
Поляризация света

Тест по физике Дифракция. Дифракционная решетка для 11 класса

Тест по физике Дифракция. Дифракционная решетка для 11 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта. В каждом варианте по 5 заданий.

1 вариант

1. При каком условии будет наблюдаться дифракция све­та с длиной волны λ от отверстия размером а?

А. a = λ
Б. a >> λ
В. Дифракция происходит при любых размерах от­верстия.

2. Приближение геометрической оптики справедливо при условии…

А. λ a2/l
Б. λ >> a2/l
В. λ = a2/l

3. Дифракционная решетка с периодом d освещается нормально перпендикулярно падающим световым пуч­ком с длиной волны λ. Какое из приведенных ниже выра­жений определяет угол αm, под которым наблюдается первый главный максимум?

А. sin αm = λ/d
Б. sin αm = d
В. cos αm = λ/d

4. Какой наибольший порядок спектра можно видеть в дифракционной решетке, имеющей 500 штрихов на миллиметре, при освещении ее светом с длиной волны 720 нм?

А. 3
Б. 2
В. 4

5. Дифракционная решетка имеет 100 штрихов. Начи­ная с максимума какого порядка с ее помощью можно наблюдать отдельно две линии спектра с длинами волн λ1 = 560 нм и λ2 = 560,8 нм?

А. 6
Б. 7
В. 8

2 вариант

1. При каком условии легко наблюдать явление дифрак­ции света от щели размером а?

А. a = λ
Б. a >> λ
В. a ∼ √λl, где l — расстояние от щели до точки наблюдения.

2. Условие дифракционного минимума на щели (а — ши­рина щели, m = ±1; ±2; ±3…, αm — угол наблюдения) записывается:

А. asin αm = mλ
Б. asin αm = 2mλ
В. acos αm = mλ

3. Дифракционная решетка с периодом d освещается нормально падающим световым пучком с длиной волны λ. Какое из приведенных ниже выражений определяет угол αm, под которым наблюдается второй главный максимум?

А. sin αm = 2d
Б. sin αm = 2λ/d
В. cos αm = λ/2d

4. Чему равен наибольший порядок спектра для желтой линии натрия (λ = 589 нм), если период дифракционной решетки равен 2 мкм?

А. 2
Б. 4
В. 3

5. Дифракционная решетка с периодом d = 5 мкм имеет 400 штрихов. Начиная с максимума какого порядка с ее помощью можно наблюдать отдельно две линии спектра с длинами волн λ1 = 590 нм и λ2 = 590,5 нм?

А. 3
Б. 4
В. 5

Ответы на тест по физике Дифракция. Дифракционная решетка для 11 класса
1 вариант
1-В
2-А
3-А
4-Б
5-Б
2 вариант
1-В
2-А
3-Б
4-В
5-А

Дифракция световых волн | Обзор физики [Видео]

Привет и добро пожаловать на это видео о дифракции световых волн! В этом видео мы сравним и сопоставим дифракцию и дисперсию и посмотрим, как работают дифракционные решетки. Давайте начнем!

Дисперсия и дифракция — это описания света, взаимодействующего с веществом по-разному, и оба могут использоваться для разделения света с несколькими длинами волн. Давайте рассмотрим каждый из них отдельно.

Дисперсия возникает, когда свет с разными длинами волн, например белый свет, попадает на преломляющую поверхность, например на призму.Когда белый свет попадает на преломляющую поверхность, разные цвета света разделяются из-за разной длины волны. Более короткие волны (фиолетовые) преломляются сильнее, чем более длинные (красные). Они снова преломляются после выхода из призмы из-за различий в преломляющих свойствах воздуха и призмы.

Преломляющие материалы описываются их оптической плотностью , которая является мерой того, сколько света поглощается атомами материала.{8} м/с\) в вакууме он движется медленнее в любой среде в зависимости от оптической плотности. Термин, используемый для измерения отношения скорости света в вакууме, c , к скорости света в среде, v , называется показателем преломления: n=c/v , и это также показатель оптической плотности материала.

Чем оптически плотнее материал, тем выше показатель преломления.

Количество света, поглощаемого преломляющим материалом, зависит от длины волны света.Другими словами, материалы имеют диапазон оптических плотностей, соответствующих разным длинам волн.

Итак, вся картина дисперсии состоит в том, что разные длины волн света по-разному поглощаются атомами в преломляющей среде, что приводит к несколько разным показателям преломления и немного разным углам преломления для каждой длины волны света, тем самым рассеивая светлый.

Дифракция, с другой стороны, относится к явлению изгиба волн, когда они проходят через отверстие или вокруг края объекта.

Степень изгиба волны зависит от размера длины волны и размера отверстия или апертуры. Если эти две вещи похожи по размеру, то свет можно гнуть больше. Поскольку длины волн видимого света очень и очень малы, это явление может быть не очень интуитивным.

Давайте посмотрим на волны на воде. Если вы когда-нибудь были в океане, вы можете себе представить, как накатывают волны воды. Но что происходит, когда в воду помещается стена с небольшим отверстием? Давайте взглянем.

Поскольку водные волны по размеру аналогичны отверстию в стене, здесь виден изгиб волн. Так же работает и со светом!

Когда мы направляем луч света через маленькое отверстие на стену или экран, мы видим дифракционную картину. Этот узор выглядит как серия ярких пятен.

Этот эксперимент называется экспериментом с одной щелью. Он создает узор с самым ярким пятном в середине, которое постепенно переходит в темное пятно, затем снова светлое пятно, которое немного менее яркое с обеих сторон, пока яркое пятно полностью не исчезнет.Темные пятна известны как минимумы.

Уравнение, используемое для описания этой картины на основе каждого отдельного темного пятна, таково: синус тета равен n, умноженному на лямбда, относительно d.
\(sin\Theta =\frac{n\lambda}{d}\)

θ — угол от центра экрана до измеряемых минимумов, λ — длина волны света, d — размер апертура, а n — количество минимумов, которые вы находитесь вдали от центра (1,2,3…). Из этого уравнения видно, что по мере уменьшения размера апертуры d угол, под которым расходится свет, увеличивается, а это означает, что он будет больше изгибаться при меньших отверстиях апертуры.

Яркие пятна в узоре, которые мы называем «максимумами», создаются посредством конструктивной интерференции , когда световые волны встречаются гребень к гребню или впадина к впадине и объединяются, увеличивая амплитуду. Минимумы создаются деструктивной интерференцией , когда световые волны встречаются не в фазе или переходят от вершины к впадине и компенсируют друг друга.

В эксперименте с одной щелью световой узор не очень хорошо разрешается, а это означает, что он постепенно становится ярче и темнее.Однако мы можем получить лучшее разрешение, если увеличим количество отверстий до двух или более.

Теперь поговорим о дифракционных решетках. Дифракционные решетки представляют собой небольшие слайды с несколькими равноотстоящими щелями заданного размера, обычно очень маленькими. Когда световой луч проходит через решетку, существует гораздо больше возможностей для конструктивной и деструктивной интерференции, поскольку свет огибает несколько отверстий по сравнению с одной щелью. Вот почему мы получаем гораздо более четкие узоры с этими типами решеток.

Дифракция на множестве щелей описывается уравнением, где синус тета равен m, умноженному на лямбда, относительно d.
\(sin\Theta =\frac{m\lambda}{d}\)

θ — угол от центра экрана до измеряемых максимумов, λ — длина волны света, d — расстояние между щелями , а m – количество максимумов, которые вы находитесь вдали от центра. Таким образом, это уравнение немного отличается от уравнения с одной щелью, потому что мы измеряем максимумы, а не минимумы.

Поскольку дифракционные решетки могут разделять свет в зависимости от длины волны и размера апертуры, мы также можем использовать эти решетки для разделения белого света на разные цвета, как это делает призма.Хотя при дифракции процесс не основан на показателе преломления.

Теперь, когда мы обсудили дисперсию и дифракцию и их сходство и различие, давайте проверим наши знания, задав пару вопросов!

1. Если у вас есть два объекта с разным преломлением и вы знаете, что свет проходит через один быстрее, чем через другой, у какого из них показатель преломления выше? Какой из них оптически более плотный?

  1. Тот, через который свет распространяется быстрее, имеет более высокий показатель преломления, но другой оптически более плотный.
  2. Тот, через который свет распространяется медленнее, имеет более высокий показатель преломления, но другой оптически более плотный.
  3. Тот, через который свет распространяется быстрее, имеет более высокий показатель преломления и более оптически плотный.
  4. Тот, через который свет распространяется медленнее, имеет более высокий показатель преломления и более оптически плотный.

Правильный ответ: D. Если свет проходит через материал медленнее, он по определению более оптически плотный. Показатель преломления — это отношение c/v, поэтому, когда скорость v в среде ниже, показатель преломления выше.

2. Верно или неверно: радиоволна с длиной волны 1 метр, проходящая через дверной проем, создаст дифракционную картину.

Правильный ответ – Верно! Все типы волн обладают способностью преломляться. Поскольку дверной проем по размеру подобен длине волны радиоволны, он будет преломляться и создавать дифракционную картину. Однако радиоволны не видны. Если бы детекторы радиоволн были установлены вдоль стены, рисунок можно было бы обнаружить.

На этом обзоре все! Спасибо за просмотр и удачной учебы!

Лекция 29

Лекция 29 Резюме
  • Вмешательство Юнга
  • Дисперсия
  • Дифракция
  • Практика:
    Попробуйте эти дополнительные примеры
  • Пример #4

    Пример №5
  • Подготовить:
    Прочитать раздел учебника по диффузии (на холсте) перед следующей лекцией
  • Уокер5е 28. 29
    Масляная пленка, плавающая на воде, на фотографии кажется темной по краям, где она самая тонкая. Индекс преломление масла _____, чем у воды.
    А. больше
    Б. менее
    C. то же, что и
    D. невозможно сказать
    Ответ

    gc6 tb24.34
    Сравните дифракционную решетку 4000 штрихов/см с решеткой 6000 штрихов/см.
    A. Решетка 4000 штрихов/см обеспечивает большую дисперсию.
    B. Решетка 6000 штрихов/см дает большую дисперсию.
    C. Дисперсия одинакова, но порядки выше при решетке 4000 штр/см.
    D. Дисперсия одинакова, но порядки выше при решетке 6000 штр/см.
    Отвечать

    gc6 24,33
    Свет, падающий нормально на решетку 5695 штрихов/см, дает яркую линию второго порядка под углом 44,2°. Какова длина волны света?
    А. 1985 нм
    Б. 1224 нм
    С.612 нм
    D. 364 нм
    Ответ

    Уокер5е 28.40
    Интерферометрическая голограмма имеет светлые и темные полосы, которые аналогичны интерференционным полосам воздушного потока. клин. Если λ = 514 нм и поперек объекта наблюдаются 22 яркие полосы, на сколько конец объекта сгибается по отношению к другому?
    А. 23,4 нм
    Б. 514 нм
    C. 2,83 мкм
    D. 5,65 мкм
    Ответ

    Уокер5е 28.Пример 17практика
    Если дифракционную решетку заменить на решетку с большим количеством штрихов на сантиметр, угол до максимума второго порядка будет _____.
    А. увеличить
    Б. уменьшение
    C. остаться прежним
    Ответ

    Уокер5е 28.ЕЮ.6
    Предположим, что дифракционная решетка имеет щели, разделенные в 6 раз больше длины волны света, используемого для освещения решетки. Какой угол соответствует м  = 3 главного максимума?
    А.19,5°
    Б. 30.0°
    С. 45.0°
    D. 60.0°
    Ответ

     

    А. больше, чем
    При отражении от верхней части масляной пленки должен происходить фазовый переход, но не изменение фазы в нижней части масляной пленки, так что две отраженные волны почти не совпадают по фазе и интерферируют деструктивно.

     

    B. Решетка 6000 штрихов/см обеспечивает большую дисперсию.
    Угловое расстояние между длинами волн пропорционально длине волны, деленной на расстояние d между соседними линии.Следовательно, чем меньше d , тем больше рассеивание.

     

    С. 612 нм

     

    D. 5,65 мкм

     

    А. увеличение
    Больше линий на сантиметр означает меньшее расстояние между щелями d , что означает большее θ яркое для каждого главного максимума. Свет, проходящий через новую решетку, будет рассеиваться в большем диапазоне углов.

     

    Б.30,0°

    Обратите внимание, что главный максимум м  = 6 приходится на угол sin −1 (1) = 90°, поэтому не может быть максимумов больше м  = 6.

    Дифракционные решетки – University Physics Volume 3

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Обсудить картину, полученную с дифракционных решеток
    • Объяснить эффекты дифракционной решетки

    Анализ интерференции света, проходящего через две щели, излагает теоретическую основу интерференции и дает нам историческое представление об экспериментах Томаса Янга. Однако в большинстве современных применений щелевой интерференции используются не две щели, а множество, число которых для практических целей приближается к бесконечности. Ключевой оптический элемент называется дифракционная решетка, важный инструмент оптического анализа.

    Дифракционные решетки: бесконечное количество щелей

    Анализ многощелевой интерференции в Interference позволяет рассмотреть, что происходит, когда число щелей N приближается к бесконечности. Напомним, что вторичные максимумы появляются между главными максимумами.Мы можем видеть, что появится бесконечное количество вторичных максимумов и бесконечное количество темных полос между ними. Это делает расстояние между полосами и, следовательно, ширину максимумов бесконечно малыми. Кроме того, поскольку интенсивность вторичных максимумов пропорциональна , она приближается к нулю, так что вторичные максимумы больше не видны. Остаются только главные максимумы, уже очень яркие и очень узкие ((рисунок)).

    (а) Интенсивность света, прошедшего через большое количество щелей.Когда N приближается к бесконечности, остаются только главные максимумы в виде очень ярких и очень узких линий. (б) Лазерный луч прошел через дифракционную решетку. (кредит b: модификация работы Себастьяна Стапельберга)

    На самом деле количество щелей не бесконечно, но оно может быть очень большим — достаточно большим, чтобы произвести эквивалентный эффект. Ярким примером является оптический элемент, называемый дифракционной решеткой. Дифракционную решетку можно изготовить, вырезав стекло острым инструментом по большому количеству точно расположенных параллельных линий, при этом нетронутые области действуют как щели ((рисунок)).Решётку такого типа можно фотографически массово производить довольно дёшево. Поскольку на решетке может быть более 1000 линий на миллиметр, когда падающий луч освещает секцию размером всего в несколько миллиметров, количество освещенных щелей фактически бесконечно, что обеспечивает очень острые главные максимумы.

    Дифракционная решетка может быть изготовлена ​​путем вырезания стекла острым инструментом по большому количеству точно расположенных параллельных линий.

    Дифракционные решетки работают как на пропускание света, как на (рисунок), так и на отражение света, как на крыльях бабочки и австралийском опале на (рисунок).Естественные дифракционные решетки также встречаются в перьях некоторых птиц, таких как колибри. Крошечные, похожие на пальцы структуры в регулярном узоре действуют как отражательные решетки, создавая конструктивную интерференцию, которая придает перьям цвет не только из-за их пигментации. Это называется радужностью.

    (а) Свет, проходящий через дифракционную решетку, дифрагирует по образцу, подобному двойной щели, с яркими областями под разными углами. (б) Картина, полученная для белого света, падающего на решетку.Центральный максимум белый, а максимумы более высокого порядка рассеивают белый свет в радугу цветов.

    (а) Этот австралийский опал и (б) крылья бабочки имеют ряды отражателей, которые действуют как отражательные решетки, отражая разные цвета под разными углами. (кредит a: модификация работы «Opals-On-Black»/Flickr; кредит b: модификация работы «whologwhy»/Flickr)

    Применение дифракционных решеток

    Где в приложениях используются дифракционные решетки? Дифракционные решетки обычно используются для спектроскопического рассеивания и анализа света.Что делает их особенно полезными, так это тот факт, что они образуют более четкий рисунок, чем двойные щели. То есть их светлые полосы уже и ярче, а их темные области темнее. Дифракционные решетки являются ключевыми компонентами монохроматоров, используемых, например, для получения оптических изображений определенных длин волн биологических или медицинских образцов. Дифракционная решетка может быть выбрана специально для анализа длины волны, излучаемой молекулами в больных клетках в образце биопсии, или для возбуждения стратегических молекул в образце с помощью выбранной длины волны света.Еще одно жизненно важное применение — это технологии оптического волокна, где волокна предназначены для обеспечения оптимальной производительности на определенных длинах волн. Доступен ряд дифракционных решеток для выбора длины волны для такого использования.

    Расчет типичных эффектов дифракционной решетки Дифракционные решетки с 10 000 штрихов на сантиметр легко доступны. Предположим, он у вас есть, и вы посылаете через него луч белого света на экран, расположенный на расстоянии 2,00 м. а) Найдите углы дифракции первого порядка для самой короткой и самой длинной длины волны видимого света (380 и 760 нм соответственно).б) Каково расстояние между концами радуги видимого света, образующегося на экране при интерференции первого порядка? (См. (Рисунок).)

    (а) Дифракционная решетка, рассматриваемая в этом примере, создает радугу цветов на экране на расстоянии от решетки. Расстояния вдоль экрана измеряются перпендикулярно направлению x . Другими словами, радужный узор выходит за пределы страницы.
    (б) С высоты птичьего полета радужный узор виден на столе, где стоит оборудование.

    Стратегия После определения значения расстояния между щелями дифракционной решетки d углы для острых линий можно найти с помощью уравнения

    Так как на сантиметр приходится 10 000 линий, каждая линия отделена 1/10 000 сантиметра. Зная углы, мы можем найти расстояния вдоль экрана, используя простую тригонометрию.

    Решение

    1. Расстояние между щелями равно Назовем два угла для фиолетового (380 нм) и для красного (760 нм).Решение уравнения


      где для первого порядка и Замена этих значений дает


      Таким образом, угол равен


      Аналогично,


      Таким образом, угол равен


      Обратите внимание, что в обоих уравнениях мы представили результаты этих промежуточных расчетов с четырьмя значащими цифрами для использования в расчетах в части (b).

    2. Расстояния на экране отмечены на (Рисунок).Обратите внимание, что мы можем решить для То есть


      и


      Расстояние между ними равно

    Значение Большое расстояние между красным и фиолетовым концами радуги, создаваемой белым светом, указывает на потенциал этой дифракционной решетки в качестве спектроскопического инструмента. Чем больше он может разносить длины волн (большая дисперсия), тем больше деталей можно увидеть в спектре. Это зависит от качества дифракционной решетки — она должна быть очень точно сделана, кроме того, что линии должны быть расположены близко друг к другу.

    Проверьте свои знания Если расстояние между линиями дифракционной решетки d точно неизвестно, для его измерения можно использовать источник света с точно определенной длиной волны. Предположим, что конструктивная полоса первого порядка линии излучения водорода измерена при помощи спектрометра с дифракционной решеткой. Какое расстояние между линиями этой решетки?

    или 300 линий на миллиметр

    Резюме

    • Дифракционная решетка состоит из большого количества равномерно расположенных параллельных щелей, которые создают интерференционную картину, подобную двойной щели, но более острую.
    • Конструктивная интерференция возникает, когда где d — расстояние между щелями, угол относительно направления падения, а м — порядок интерференции.

    Проблемы

    Дифракционная решетка имеет 2000 штрихов на сантиметр. Под каким углом будет максимум первого порядка для зеленого света с длиной волны 520 нм?

    Найдите угол максимума третьего порядка для желтого света с длиной волны 580 нм, падающего на дифракционную решетку, имеющую 1500 штрихов на сантиметр.

    Сколько линий на сантиметр приходится на дифракционную решетку, дающую максимум первого порядка для синего света с длиной волны 470 нм под углом ?

    Каково расстояние между линиями на дифракционной решетке, дающей максимум второго порядка для красного света с длиной волны 760 нм под углом ?

    Рассчитайте длину волны света, имеющего максимум второго порядка при падении на дифракционную решетку с 5000 штрихов на сантиметр.

    Электрический ток через газообразный водород производит несколько различных длин волн видимого света.Каковы длины волн спектра водорода, если они образуют максимумы первого порядка под углами и при проекции на дифракционную решетку, имеющую 10 000 штрихов на сантиметр?

    (a) Во что превратятся четыре угла в предыдущей задаче, если использовать дифракционную решетку с разрешением 5000 штрихов на сантиметр? (б) Используя эту решетку, каковы будут углы для максимумов второго порядка? в) Обсудите взаимосвязь между интегральным сокращением линий на сантиметр и новыми углами максимумов различных порядков.

    Каково расстояние между структурами в перьях, которые действуют как отражающая решетка, учитывая, что они создают максимум первого порядка для света с длиной волны 525 нм под углом?

    Опал, такой как показанный на (Рисунок), действует как отражательная решетка с рядами, разделенными примерно. Если опал нормально освещен, (а) под каким углом будет виден красный свет и (б) под каким углом будет виден синий свет видимый?

    а. используя б. используя

    Под каким углом дифракционная решетка дает максимум второго порядка для света, имеющего максимум первого порядка при ?

    (a) Найдите максимальное число линий на сантиметр, которое может иметь дифракционная решетка, и дайте максимум для наименьшей длины волны видимого света.(б) Будет ли такая решетка полезна для ультрафиолетовых спектров? (c) Для инфракрасных спектров?

    а. 26 300 линий/см; б. да; в. №

    (a) Покажите, что 30 000 штрихов на сантиметр решетки не будут давать максимум видимого света. б) При какой наибольшей длине волны возникает максимум первого порядка? в) Какое максимальное число штрихов на сантиметр может иметь дифракционная решетка, дающая полный спектр второго порядка для видимого света?

    Приведенный ниже анализ применим также к дифракционным решеткам с линиями, разделенными расстоянием d .Каково расстояние между полосами, создаваемыми дифракционной решеткой, имеющей 125 штрихов на сантиметр для света с длиной волны 600 нм, если экран находится на расстоянии 1,50 м? ( Hin t : Расстояние между соседними полосами предполагает, что расстояние между щелями d сравнимо с )

    Глоссарий

    дифракционная решетка
    большое количество равномерно расположенных параллельных щелей

    27.

    4 Дифракция на нескольких щелях — Колледж физики: OpenStax

    Резюме

    • Обсудите картину, полученную на дифракционной решетке.
    • Объясните эффекты дифракционной решетки.

    Интересная вещь происходит, если вы пропускаете свет через большое количество равномерно расположенных параллельных щелей, называемых дифракционной решеткой . Создается интерференционная картина, очень похожая на картину, образованную двойной щелью (см. рис. 1). Дифракционную решетку можно изготовить, царапая стекло острым инструментом по ряду точно расположенных параллельных линий, при этом нетронутые области действуют как щели.Их можно фотографически массово производить довольно дешево. Дифракционные решетки работают как для пропускания света, как на рис. 1, так и для отражения света, как на крыльях бабочки и австралийском опале на рис. 2 или на компакт-диске, изображенном на первой фотографии этой главы, глава 27, рис. 1. Кроме того Для их использования в качестве новинок дифракционные решетки обычно используются для спектроскопического рассеяния и анализа света. Что делает их особенно полезными, так это тот факт, что они образуют более четкий рисунок, чем двойные щели.То есть их светлые области уже и ярче, а их темные области темнее. На рис. 3 показаны идеализированные графики, демонстрирующие более четкую картину. В перьях некоторых птиц встречаются естественные дифракционные решетки. Крошечные, похожие на пальцы структуры в регулярном узоре действуют как отражательные решетки, создавая конструктивную интерференцию, которая придает перьям цвет не только из-за их пигментации. Это называется радужностью.

    Рисунок 1. Дифракционная решетка представляет собой большое количество равномерно расположенных параллельных щелей.(а) Проходящий через нее свет дифрагирует по образцу, подобному двойной щели, с яркими областями под разными углами. (б) Картина, полученная для белого света, падающего на решетку. Центральный максимум белый, а максимумы более высокого порядка рассеивают белый свет в радугу цветов. Рисунок 2. (а) Этот австралийский опал и (б) крылья бабочки имеют ряды отражателей, которые действуют как отражательные решетки, отражая разные цвета под разными углами. (кредиты: (а) Opals-On-Black.com, через Flickr (b) whologwhy, Flickr) Рис. 3. Идеализированные графики интенсивности света, проходящего через двойную щель (a) и дифракционную решетку (b) для монохроматического света. Максимумы можно получить под теми же углами, но максимумы для дифракционной решетки уже и, следовательно, острее. Максимумы становятся уже, а области между ними темнее по мере увеличения числа щелей.

    Анализ дифракционной решетки очень похож на анализ для двойной щели (см. рис. 4).Как мы знаем из обсуждения двойных щелей в главе 27.3 «Эксперимент Юнга с двумя щелями», свет дифрагирует на каждой щели и после прохождения рассеивается. На рисунке показаны лучи, движущиеся в одном направлении (под углом [латекс]\жирныйсимвол{\тета}[/латекс] относительно направления падения). Каждый из этих лучей проходит разное расстояние до общей точки на далеком экране. Лучи начинаются в фазе, и они могут быть в фазе или не в фазе, когда достигают экрана, в зависимости от разницы в длине пройденного пути.Как видно из рисунка, каждый луч проходит расстояние [latex]\boldsymbol{d \;\textbf{sin} \;\theta}[/latex], отличное от расстояния его соседа, где [latex]\boldsymbol{d} [/latex] — расстояние между прорезями. Если это расстояние равно целому числу длин волн, все лучи приходят в фазе, и получается конструктивная интерференция (максимум). Таким образом, условие, необходимое для получения конструктивной интерференции для дифракционной решетки , равно

    [латекс]\boldsymbol{d \;\textbf{sin} \;\theta = m \lambda , \;\textbf{for} \; т = 0, \; 1, \; -1, \; 2, \; -2,\; \dots \;\textbf{(конструктивный)}},[/латекс]

    , где [latex]\boldsymbol{d}[/latex] — расстояние между щелями в решетке, [latex]\boldsymbol{\lambda}[/latex] — длина волны света, а [latex]\boldsymbol{m }[/latex] — порядок максимума. Обратите внимание, что это точно такое же уравнение, как и для двойных щелей, разделенных [латекс]\жирныйсимвол{d}[/латекс]. Однако щели в дифракционных решетках обычно расположены ближе, чем в двойных щелях, что дает меньше максимумов при больших углах.

    Рис. 4. Дифракционная решетка, показывающая световые лучи от каждой щели, движущиеся в одном направлении. Каждый луч проходит разное расстояние, чтобы достичь общей точки на экране (не показана). Каждый луч проходит расстояние d sin θ , отличное от расстояния его соседа.

    Где используются дифракционные решетки? Дифракционные решетки являются ключевыми компонентами монохроматоров, используемых, например, для получения оптических изображений определенных длин волн биологических или медицинских образцов. Дифракционная решетка может быть выбрана специально для анализа длины волны, излучаемой молекулами в больных клетках в образце биопсии, или для возбуждения стратегических молекул в образце с выбранной частотой света. Еще одно жизненно важное применение — это технологии оптического волокна, где волокна предназначены для обеспечения оптимальной производительности на определенных длинах волн.Доступен ряд дифракционных решеток для выбора конкретных длин волн для такого использования.

    Возьми домой эксперимент: радуги на компакт-диске

    Расстояние [латекс]\boldsymbol{d}[/латекс] между канавками на CD или DVD можно точно определить с помощью лазера и уравнения [латекс]\boldsymbol{d \;\textbf{sin} \; \textbf{грех} \; \theta = m \lambda , \textbf{for} \; м = \; 0, \; 1, \; -1, \; 2, \; -2, \; \точки}[/латекс]. Тем не менее, мы все еще можем сделать хорошую оценку этого расстояния, используя белый свет и радугу цветов, возникающую в результате интерференции.Отразите солнечный свет от компакт-диска на стену и используйте свое лучшее суждение о местоположении сильно дифрагированного цвета, чтобы найти разделение [латекс]\жирныйсимвол{d}[/латекс].

    Пример 1: расчет типичных эффектов дифракционной решетки

    Дифракционные решетки

    с разрешением 10 000 штрихов на сантиметр легко доступны. Предположим, он у вас есть, и вы посылаете через него луч белого света на экран, расположенный на расстоянии 2,00 м. а) Найдите углы дифракции первого порядка для самых коротких и самых длинных длин волн видимого света (380 и 760 нм).б) Каково расстояние между концами радуги видимого света, образующегося на экране при интерференции первого порядка? (См. рис. 5.)

    Рис. 5. Рассматриваемая в этом примере дифракционная решетка создает радугу цветов на экране на расстоянии x = 2,00 м от решетки. Расстояния вдоль экрана измеряются перпендикулярно направлению x . Другими словами, радужный узор выходит за пределы страницы.

    Стратегия

    Углы можно найти с помощью уравнения

    [латекс]\boldsymbol{d \;\textbf{sin} \;\theta = m \lambda , \;\textbf{for} \; т = 0, \; 1, \; -1, \; 2, \; -2,\; \dots \;\textbf{(конструктивный)}},[/латекс]

    после определения значения расстояния между щелями [латекс]\boldsymbol{d}[/латекс]. Поскольку на сантиметр приходится 10 000 строк, каждая строка отделяется [латексом]\boldsymbol{1/10 000}[/латекс] сантиметра. Как только углы найдены, расстояния вдоль экрана можно найти с помощью простой тригонометрии.{-6} \;\textbf{m}}[/latex]. Назовем два угла [латекс]\boldsymbol{\theta _{\textbf{V}}}[/латекс] для фиолетового (380 нм) и [латекс]\boldsymbol{\theta _{\textbf{R}} }[/latex] для красного (760 нм). Решение уравнения [латекс]\boldsymbol{d \;\textbf{sin} \;\theta _{\textbf{V}} = m \lambda}[/latex] для [латекса]\boldsymbol{\textbf{sin} \;\тета _{\textbf{V}}}[/латекс],

    [латекс]\boldsymbol{\textbf{sin} \;\theta _{\textbf{V}} =}[/latex][латекс]\boldsymbol{\frac{m \lambda _{\textbf{V}} {д}},[/латекс]

    , где [латекс]\boldsymbol{m = 1}[/латекс] для первого порядка и [латекс]\boldsymbol{\lambda _{\textbf{V}} = 380 \;\textbf{nm} = 3.{\circ}}.[/латекс]

    Обратите внимание, что в обоих уравнениях мы представили результаты этих промежуточных вычислений с четырьмя значащими цифрами для использования в расчетах в части (b).

    Раствор для (б)

    Расстояния на экране помечены [латекс]\жирныйсимвол{у _{\textbf{V}}}[/латекс] и [латекс]\жирныйсимвол{у _{\текстбф{R}}}[/латекс] в Рис. 5. Отметив, что [латекс]\boldsymbol{\textbf{tan} \;\theta = y/x}[/latex], мы можем найти [латекс]\boldsymbol{y _{\textbf{V}}} [/латекс] и [латекс]\boldsymbol{y _{\textbf{R}}}[/латекс].{\circ}) = 2,338 \;\textbf{m}}[/latex]

    Следовательно, расстояние между ними равно

    .

    [латекс]\boldsymbol{y _{\textbf{R}} – y_{\textbf{V}} = 1,52 \;\textbf{m}}.[/latex]

    Обсуждение

    Большое расстояние между красным и фиолетовым концами радуги, создаваемой белым светом, указывает на потенциал этой дифракционной решетки в качестве спектроскопического инструмента. Чем больше он может разносить длины волн (большая дисперсия), тем больше деталей можно увидеть в спектре.Это зависит от качества дифракционной решетки — она должна быть очень точно сделана, кроме того, что линии должны быть расположены близко друг к другу.

    • Дифракционная решетка представляет собой большой набор равномерно расположенных параллельных щелей, создающих интерференционную картину, подобную двойной щели, но более острую.
    • Существует конструктивная интерференция дифракционной решетки, когда [латекс]\boldsymbol{d \;\textbf{sin} \; \ тета = м \ лямбда , \; ( \textbf{для} \; m = 0, \; 1, \; -1, \; 2, \; -2 \; \dots)}[/latex], где [латекс]\boldsymbol{d}[ /latex] — расстояние между щелями в решетке, [latex]\boldsymbol{\lambda}[/latex] — длина волны света, [latex]\boldsymbol{m}[/latex] — порядок максимума .

    Концептуальные вопросы

    1: В чем преимущество дифракционной решетки перед двойной щелью при рассеивании света в спектр?

    2: Каковы преимущества дифракционной решетки перед призмой в рассеивании света для спектрального анализа?

    3: Могут ли линии дифракционной решетки располагаться слишком близко друг к другу, чтобы их можно было использовать в качестве спектроскопического инструмента для видимого света? Если да, то для какого типа электромагнитного излучения подойдет решетка? Объяснять.

    4: Если пучок белого света проходит через дифракционную решетку с вертикальными линиями, то свет рассеивается на цвета радуги справа и слева. Если стеклянная призма рассеивает белый свет вправо в виде радуги, как последовательность цветов соотносится с последовательностью цветов, воспроизводимой дифракционной решеткой справа?

    5: Предположим, что свет чистой длины волны падает на дифракционную решетку. Что произойдет с интерференционной картиной, если тот же свет упадет на решетку с большим количеством линий на сантиметр? Что произойдет с интерференционной картиной, если на ту же решетку упадет свет с большей длиной волны? Объясните, как эти два эффекта согласуются с точки зрения отношения длины волны к расстоянию между щелями.

    6: Предположим, что перо выглядит зеленым, но не имеет зеленого пигмента. Объясните с точки зрения дифракции.

    7: Возможно, в интерференционной картине одиночной щели нет минимума. Объяснить, почему. Верно ли то же самое для двойных щелей и дифракционных решеток?

    Задачи и упражнения

    1: Дифракционная решетка имеет 2000 штрихов на сантиметр. Под каким углом будет максимум первого порядка для зеленого света с длиной волны 520 нм?

    2: Найдите угол максимума третьего порядка для желтого света с длиной волны 580 нм, падающего на дифракционную решетку, имеющую 1500 штрихов на сантиметр.{\circ}}[/latex] при проецировании на дифракционную решетку с 10 000 штрихов на сантиметр? Подробно покажите, как вы следуете шагам, описанным в главе 27.7 «Стратегии решения проблем для волновой оптики»

    .

    7: (a) Во что превратятся четыре угла в приведенной выше задаче, если использовать дифракционную решетку с разрешением 5000 штрихов на сантиметр? (б) Используя эту решетку, каковы будут углы для максимумов второго порядка? в) Обсудите взаимосвязь между интегральным сокращением линий на сантиметр и новыми углами максимумов различных порядков. {\circ}}[/latex] угол?

    11: Структуры на перьях птиц действуют как отражательная решетка, имеющая 8000 линий на сантиметр. Каков угол максимума первого порядка для света с длиной волны 600 нм?

    12: Опал, подобный показанному на рис. 2, действует как отражательная решетка с рядами, разделенными примерно [латекс]\boldsymbol{8 \;\mu \textbf{m}}[/latex]. Если опал освещается нормально, (а) под каким углом будет виден красный свет и (б) под каким углом будет виден синий свет?

    13: Под каким углом дифракционная решетка дает максимум второго порядка для света, имеющего максимум первого порядка в точке [латекс]\boldsymbol{20.{\circ}}[/latex], под каким углом будет максимум первого порядка для самой длинной длины волны видимого света?

    16: (a) Найдите максимальное число линий на сантиметр, которое может иметь дифракционная решетка, и дайте максимум для наименьшей длины волны видимого света. (б) Будет ли такая решетка полезна для ультрафиолетовых спектров? (c) Для инфракрасных спектров?

    17: (a) Покажите, что решетка с 30 000 штрихов на сантиметр не дает максимума видимого света.б) При какой наибольшей длине волны возникает максимум первого порядка? в) Какое наибольшее число штрихов на сантиметр может иметь дифракционная решетка, дающая полный спектр второго порядка для видимого света?

    18: Луч гелий-неонового лазера отражается от поверхности компакт-диска на стену. Самое яркое пятно — это отраженный пучок под углом, равным углу падения. Однако наблюдаются и окаймления. Если стена находится на расстоянии 1,50 м от CD, а первая полоса равна 0.600 м от центрального максимума, какой шаг канавок на КР?

    19: Анализ, показанный на рисунке ниже, также относится к дифракционным решеткам с линиями, разделенными расстоянием [латекс]\boldsymbol{d}[/латекс]. Каково расстояние между полосами, создаваемыми дифракционной решеткой, имеющей 125 штрихов на сантиметр для света с длиной волны 600 нм, если экран находится на расстоянии 1,50 м?

    Рисунок 6. Расстояние между соседними полосами равно Δ y = xλ/d , если расстояние между щелями d велико по сравнению с 2 λ .{\circ}}[/latex] при проецировании на дифракционную решетку с разрешением 25 000 линий на сантиметр? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения являются необоснованными или непоследовательными?

    22: Создайте свою собственную задачу

    Рассмотрим спектрометр на основе дифракционной решетки. Составьте задачу, в которой вы вычисляете расстояние между двумя длинами волн электромагнитного излучения в вашем спектрометре. Среди вещей, которые следует учитывать, — длины волн, которые вы хотите различать, количество линий на метр дифракционной решетки и расстояние от решетки до экрана или детектора.Обсудите практичность устройства с точки зрения возможности различать интересующие длины волн.

    Глоссарий

    конструктивная интерференция для дифракционной решетки
    возникает, когда условие [латекс]\boldsymbol{d \;\textbf{sin} \; \theta = m \lambda (\textbf{for} \; m = \; 0, \; 1, \; -1, \; 2, \; -2, \; \dots)}[/latex] выполняется , где [latex]\boldsymbol{d}[/latex] — расстояние между щелями в решетке, [latex]\boldsymbol{\lambda}[/latex] — длина волны света, а [latex]\boldsymbol{m }[/latex] порядка максимум
    дифракционная решетка
    большое количество равномерно расположенных параллельных щелей

    Решения

    Задачи и упражнения

    1:  [латекс]\жирныйсимвол{5. {-2} \;\textbf{м}}[/латекс]

    (а) 42,3 нм

    (b) Невидимая длина волны

    Количество щелей в этой дифракционной решетке слишком велико. Травление в интегральных схемах может быть выполнено с разрешением 50 нм, поэтому расстояние между щелями в 400 нм является пределом того, что мы можем сделать сегодня. Этот межстрочный интервал слишком мал для дифракции света.

     

    алвинпатаянординес

    ДИСПЕРСИЯ

    Явление расщепления белого света на составляющие его цвета называется дисперсией.Белый свет содержит много длин волн (он содержит свет многих длин волн (цветов)). Поскольку их длины волн различны, их скорости в среде различны, но в вакууме все длины волн распространяются с одинаковой скоростью. В материальной среде скорости разных длин волн различны. Поэтому, когда луч белого света проходит через среду, материальная среда расщепляет белый свет на разные компоненты. Это явление называется дисперсией.

    Когда белый свет проходит через призму, он распадается на полосу из семи цветов, ВИБГЁР. Полученная полоса цветов называется спектром. Рассеивание света приводит к образованию спектра.

    Рассеяние света:

    Рассеяние света — это отклонение световых лучей от их прямого пути. Когда свет распространяется через атмосферу, он движется по прямой траектории, пока ему не препятствуют частицы пыли или молекулы газа в атмосфере. Процесс, при котором свет отклоняется частицами среды, через которую проходит свет, называется рассеянием.Здесь это не расщепление света, с другой стороны, здесь падающий луч света просто перенаправляется после столкновения с атмосферными частицами. Голубой цвет неба обусловлен рассеянием солнечного света молекулами воздуха. Во время восхода и заката солнечному свету приходится преодолевать большее расстояние, поэтому более короткие волны рассеиваются и удаляются, и до нас доходят только красные длины волн.

    Электромагнитные волны

    И световые волны, и радиоволны являются примерами электромагнитных волн, а это означает, что они попадают в тот же электромагнитный спектр, что и инфракрасные волны (излучаемое тепло, которое вы ощущаете от печи), ультрафиолетовые волны (излучение, вызывающее солнечные ожоги) и микроволны (излучение, вызывающее солнечные ожоги). излучение, используемое для приготовления пищи в микроволновой печи)

    Иллюстрация электромагнитного спектра

    Поскольку все это волны, у них у всех есть длина волны, которая определяет расстояние, на котором изменяется их амплитуда.Длина волны радиоволн может достигать длины вашей руки (и даже длиннее!), в то время как волны видимого света имеют длину волны, равную тысячной части ширины человеческого волоса

    .

    Фигура длины волны с обозначенными гребнем, амплитудой и впадинами

    Интерференция волн

    Когда две волны приближаются друг к другу, их эффекты суммируются. Если гребни или самые высокие части волн идеально совпадают, гребень объединенной волны будет суммой высот двух исходных гребней.Аналогичным образом, если самые нижние части волн ( впадин ) выстраиваются точно в линию, то комбинированная впадина будет равна глубине двух объединенных первоначальных впадин. Это известно как конструктивная интерференция , при которой две волны (одной длины волны) взаимодействуют таким образом, что они выровнены, что приводит к новой волне, которая больше исходной волны.

    Фигура конструктивного натяга

    Однако, если две волны не идеально выровнены, то, когда гребень одной волны сближается, он будет тянуться впадиной другой волны.Результирующая комбинированная волна будет иметь гребни, которые короче, чем гребни исходной волны, и впадины, которые мельче, чем любая из входящих волн. Это известно как деструктивная интерференция .

    Фигура деструктивной интерференции двух ненаправленных волн, создающих волну с меньшей амплитудой

    На самом деле, если две волны (с одинаковой амплитудой) сместятся ровно на половину длины волны, когда они сливаются вместе, то гребень одной волны будет идеально совпадать с впадиной другой волны, и они будут компенсировать друг друга. вне.В результате комбинированная волна вообще не будет иметь гребней или впадин, а вместо этого будет выглядеть как плоская линия или вообще не будет волны!

    Фигура деструктивной интерференции двух противофазных волн, не создающих волны

    Двухщелевая интерференция

    Допустим, у вас есть лазерная указка. Лазер — это, по сути, просто набор световых волн, имеющих одинаковую длину волны и выстроенных в линию друг к другу. Предположим, вы помещаете перед лазерным лучом карту с двумя прорезями, так что волны могут проходить только через две точки.Затем вы измеряете количество света, падающего на стену на другой стороне комнаты в различных точках.

    Изображение лазерного луча, проходящего через две щели к противоположной стене

    Чтобы эксперимент удался, щели должны быть крошечными по сравнению с расстоянием от карты до стены, но они должны быть больше одной длины волны света. Это означает, что если мы выберем точку на стене, на нее будут падать две световые волны; один из верхней щели и один из нижней щели.По мере приближения к стене и близко друг к другу они начнут мешать. Мы знаем, что две волны были совершенно одинаковыми, когда достигли карты, но они не обязательно будут такими же, когда достигнут стены. Давайте выберем точку на стене для измерения двух волн, скажем, над верхней щелью.

    Фигура волн, проходящих в фазе через щели и смещающихся по фазе по мере приближения к противоположной стенке над верхней щелью

    Свет, исходящий из нижней щели, должен проходить намного дальше, чем свет из верхней щели, поэтому для прохождения большего расстояния потребуется больше длин волн.Если мы выберем другую точку на стене, то снова получим разное количество длин волн для каждого пути, который проходит свет от щели до стены. Суть в том, чтобы сравнить количество длин волн, которое требуется каждой световой волне, чтобы пройти от щели до стены. Для конструктивной интерференции разница длин волн будет составлять целое число целых длин волн. Для деструктивной интерференции это будет целое число целых длин волн плюс половина длины волны.

    Подумайте о точке точно между двумя щелями.Световые волны будут проходить одинаковое расстояние, поэтому они будут проходить одинаковое количество длин волн. Это означает, что в этом месте всегда будут конструктивные помехи, поэтому мы всегда будем видеть яркое пятно на стене посередине.

    Фигура волн, проходящих в фазе через щели и поражающих цель на противоположной стене между двумя щелями

    По мере удаления от центральной точки длины пути двух волн (или общее расстояние, пройденное от лазера до стены) будут все больше и больше различаться, пока мы не достигнем точки, в которой они совпадут плюс половина длины волны.В этот момент одна из волн ударится о стену гребнем, а другая ударится о впадину, поэтому они эффективно нейтрализуют друг друга, в результате чего там образуется темное пятно.

    Фигура волн, проходящих через щели и поражающих цель на противоположной стене ниже нижней щели

    По мере того, как мы удаляемся от центра, длины путей будут меняться, пока мы не достигнем точки, где они совпадут плюс целая длина волны, так что мы снова получим конструктивную интерференцию, потому что две волны встретятся на одно и то же место в их цикле длин волн.Это приведет к еще одному яркому пятну на стене.

    Этот узор будет чередоваться, так что мы получим узор из светлых и темных пятен, как над, так и под нашим центральным ярким пятном.

    Рисунок дифракционной картины на противоположной стене

    Если ваши щели расположены дальше друг от друга, световые волны будут исходить из точек, которые находятся дальше друг от друга. Это означает, что длины их путей будут больше отличаться друг от друга, давая яркие пятна, расположенные ближе друг к другу.

    Рисунок дифракционных картин через широкую и узкую щель

    Однощелевая дифракция

    Можно подумать, что если бы была только одна щель, то интерференции волн не было бы, но, допустим, мы проштамповали всю область между щелями в нашей карте. Это все еще маленькая щель, но она намного больше наших щелей из эксперимента с двумя щелями. Мы можем сделать вид, что разделили нашу щель на части, и сравнить длины пути света, идущего от этих частей друг к другу, чтобы выяснить, какой вид интерференционной картины мы получим, когда они взаимодействуют.

    Давайте начнем с середины стены, как мы делали это для корпуса с двумя прорезями.

    Рисунок волн, проходящих через одиночную щель по направлению к мишени на стене прямо напротив щели

    Выберем точки на двух краях щели. Они находятся на одинаковом расстоянии от центра щели, поэтому длины их пути до центральной точки на стене будут одинаковыми. Мы знаем, что это означает, что они будут конструктивно вмешиваться друг в друга.

    Если мы выберем две точки, которые находятся дальше, но на одинаковом расстоянии от середины щели, они также будут иметь одинаковую длину пути до центральной точки на стене.Они также будут конструктивно мешать друг другу.

    Итак, мы видим, что в этой центральной точке происходит много конструктивных помех, фактически из-за этого там будет большое яркое пятно.

    Если мы хотим найти темное место на стене, мы должны найти место, где есть самые разрушительные помехи. Вместо того, чтобы брать точки симметрично поперек щели, давайте возьмем две точки, одну на верхнем крае и одну чуть ниже центральной линии, и сравним их.

    Фигура волн, проходящих через одну щель к двум разным мишеням на противоположной стене

    Поскольку все эти пары находятся на одинаковом расстоянии друг от друга поперек щели, если мы измерим длину пути от каждой пары до одной и той же точки на стене, каждая пара будет иметь одинаковую разницу в длине пути. (Помните, что пары не будут иметь одинаковую абсолютную длину пути, просто одинаковую разницу в длине пути, что нас в любом случае интересует.) Если мы найдем точку на стене, где одна пара имеет половину длины волны в длине пути, то мы нашли точку, где будут все пары.В этой точке будет много деструктивных помех от всех разных пар, поэтому мы увидим общее темное пятно.

    Так же, как и для темного пятна, если мы найдем пятно, где эти пары имеют разность в длине пути на полную длину волны, мы получим еще одно яркое пятно.

    Рисунок однощелевой дифрактограммы

    Если мы сравним дифракцию с одной щелью с интерференционной картиной с двумя щелями, пятна будут намного крупнее и более рассредоточены. В частности, центральное яркое пятно намного больше, чем у двойных щелей такой же ширины. Мы можем рассматривать дифракцию как свет, распространяющийся, когда он достигает отверстия или другого барьера, и пытается обойти этот барьер. В процессе распространения он интерферирует сам с собой, создавая узор из светлых и темных пятен, который мы называем дифракционной картиной.

    Двухщелевая интерференция с дифракцией

    Когда мы говорили об интерференции двух щелей, мы делали вид, что только одна световая волна может пройти через каждую щель за раз.Если вместо этого мы поймем, что несколько световых волн проходят через каждую из двух щелей одновременно, то мы увидим, что для каждой отдельной щели будет картина дифракции (в дополнение к интерференционной картине с двумя щелями). Поскольку две щели расположены близко друг к другу, а их дифракционные картины широкие, их индивидуальные дифракционные картины похожи, и мы можем объединить две дифракционные картины, чтобы получить ту же самую «однощелевую» дифракционную картину, которую мы получили для одной щели. Эта картина будет сдерживать нашу интерференционную картину с двумя щелями, ограничивая яркость ярких пятен в любой заданной точке стены.

    Если у нас есть яркое пятно на дифракционной картине, то наши интерференционные яркие пятна могут быть сколь угодно яркими. Но если у нас есть дифракционное темное пятно, то светлые пятна на нашей интерференционной картине не могут быть ярче дифракционного темного пятна и полностью исчезнут.

    Изображение огибающей с одной щелью, дифракция с двумя щелями и результирующая дифракция с одной щелью и дифракция с двумя щелями

    Интерференционная картина будет исходить от света от двух взаимодействующих щелей, а дифракционная картина будет исходить от света от каждой отдельной щели, взаимодействующей сама с собой.

    Рассмотрим следующее

    Представьте наш сценарий помех от сигналов раций. Предположим, что приемник находится между человеком, посылающим сигнал рации, и твердым каменным утесом, и мы знаем, что длина волны сигнала рации составляет 1 метр. Сигнал достигнет приемника, но затем продолжит идти мимо них к обрыву и отразится от него. Затем сигнал вернется к приемнику. Это означает, что расстояние между приемником и скалой будет определять, как входящие и отраженные волны взаимодействуют друг с другом.Разница в длине пути будет равна расстоянию от приемника, которое проходит волна, плюс расстояние обратно.

    Иллюстрация прямого и косвенного приема сигналов рации от ударов о скалу

    Поскольку длина волны сигнала рации составляет 1 метр, то разность хода должна быть кратна целому метру для конструктивных помех и полуметру для деструктивных помех. Приемник может попытаться переместиться ближе или дальше от обрыва, чтобы попытаться заставить помехи сигнала работать в своих интересах.

    Каталожные номера:

    https://www.topperlearning.com/forums/home-work-help-19/какая-есть-разница-между-дисперсией-и-рассеянием-физики-человеческим-глазом-и- -красочный-мир-86913/ответить

    https://www. khanacademy.org/test-prep/mcat/physical-processes/light-and-electromagnetic-radiation-questions/a/diffraction-and-constructive-and-destructive-interference

    Интерференция и дифракция > Лаборатория поддержки лекций по физике и астрономии > USC Дана и Дэвид Дорнсайф Колледж литературы, искусств и наук

    O.2(1) – Проекция спектров решетки

    Интерференционные картины, создаваемые дифракционной решеткой, проецируются на экран. Дифракционная решетка пропускающего типа мерцает на подставке прямо перед гелий-неоновым лазером и ярко проецируется на экран лекционного зала. Этот демонстрационный слайд имеет три решетки 9 мм x 16 мм с 100, 300 и 600 линиями на мм. Они монтируются между стеклянными пластинами на слайд-карте размером 3 см x 9 см . Можно также направить лазерный луч на компакт-диск в качестве примера дифракционной решетки отражательного типа.

     

    Топ

     

    O. 2(2) – Спектр различных газов

     

    Спектральные линии 5 различных газов и белого света идентифицируются учащимися с помощью индивидуальных решетчатых очков пропускающего типа. Имеются разрядные трубки: He, Xe, Ne, Ar и Hg. Каждая трубка имеет длину около 30 см .

     

     

    Топ

     

    О.2(3) – Устройство кольца Ньютона

     

    Этот аппарат состоит из плоской пластины и длиннофокусной выпуклой линзы диаметром 8,5 90 149 см 90 150, установленных в латунных оправах, снабженных тремя компрессионными винтами с накатанной головкой. Круговые интерференционные полосы можно проецировать на экран с помощью луча гелий-неонового лазера. Проекцию можно сделать достаточно большой, чтобы ее увидел весь класс. Интерференционную картину можно просматривать за пределами экрана, используя другие источники света.
    Можно также показать, что эта интерференционная картина появляется, когда простая стеклянная пластинка и часовое стекло помещаются вместе и слегка прижимаются друг к другу.Появляется тот же рисунок, но он не такой стабильный, так как при перемещении точки контакта рисунок перемещается и искажается. Луч гелий-неонового лазера также используется в качестве источника света.

     

    Топ

     

    O.2(4) – Помеха Модель

     

    Эта демонстрационная модель дает большое графическое изображение того, как возникают помехи. Волновые фронты представлены концентрическими окружностями, нарисованными на прозрачных пластиковых пластинах, которые помещаются в диапроектор.Когда центры двух пластин смещаются друг относительно друга, появляются интерференционные картины.

     

    Топ

     

    O. 2(5) – дифракция с одной и двумя щелями

     

    He-Ne-лазер используется в качестве источника света при проецировании дифракционных картин на предметные стекла с одной и двумя щелями. Слайд с одной прорезью имеет четыре различных ширины, а двухщелевой — с четырьмя различными интервалами.При включенном слайде с двойной щелью дифракционную картину с одной щелью можно восстановить, используя непрозрачный край, чтобы тщательно заблокировать одну из щелей.

     

    Топ

     

    O.2(6) – Другие дифракционные картины

     

    Доступны слайды с отверстиями, решетками, проволоками различной ширины и прямыми краями, круглыми и квадратными отверстиями. Можно также показать дополнительные дифракционные картины точечного отверстия и непрозрачного диска.На дифракционной картине непрозрачного диска видно пятно Яда. Дифракционные картины проецируются на экран с использованием гелий-неонового лазера в качестве источника света (такая же установка использовалась в предыдущей демонстрации).

     

    Топ

     

    O.2(7) — Модель дифракционной решетки

     

    Эта модель демонстрирует принципы конструктивной и деструктивной интерференции, создаваемой дифракционной решеткой.Решетка соответствует шагу 6000 линий/ см , освещенных натриевым светом с длиной волны 5892 Ангстрем.

    Размеры: ширина: 56 см , высота: 40,5 см.


     

    Топ

     

    O.2(8) — двухщелевой аппарат Юнга

     

    Эта модель графически демонстрирует волновые явления двухщелевой интерференции. Модель имеет переменную ширину щели 4.5 мкм и 2,25 мкм. Регулятор фазы позволяет смещать фронт падающей волны одной щели в противофазе по отношению к другой щели, чтобы проиллюстрировать интерференционную картину.

    Размеры: ширина: 40 см высота: 65 см.

     


     

     

    Топ

    O.2 (9) Микроволновая оптика

     

    В этом эксперименте используются микроволновые передатчик и приемник для изучения свойств электромагнитных волн.И приемник, и передатчик подключены к блоку управления, который позволяет усиливать сигнал передатчика и настраивать параметры приема сигнала. Сигнал приемника можно наблюдать с помощью вольтметра или в виде звукового сигнала. Звуковой сигнал рекомендуется для больших классных комнат, где соблюдение показаний вольтметра может оказаться невозможным. Демонстрация содержит несколько установок, которые отображают прямолинейное распространение волны, проникновение через экран из ДВП, экранирование и поглощение, отражение, преломление через парафиновую призму, дифракцию, интерференцию и поляризацию. Различные размеры металлических экранов также включены, чтобы обеспечить универсальность дифракционной и интерференционной картины.

    Топ

    Типы дифракционных решеток | Что такое дифракционная решетка

    Если вам нужно компактно и эффективно разделить световые волны различной длины с превосходным спектральным разрешением, вы можете рассмотреть возможность использования дифракционной решетки.

    Дифракционные решетки — это широко используемые оптические компоненты с периодической структурой, которые позволяют рассеивать свет в более компактном и удобном формате, чем призма.Они работают по принципу интерференции, разделяя многоспектральный свет на составляющие его длины волн и, подобно призме, рассеивают их в пространстве под разными углами. В наиболее распространенном типе решетчатой ​​​​структуры используются многочисленные параллельные штрихи на поверхности, похожие на серию щелей, что приводит к наложению волн, которые преломляют свет по длине волны, эффективно разделяя его на цвета. Это не единственный фундаментальный тип конструкции дифракционной решетки, но он стал широко используемым стандартом для многих приложений.

    Существует множество типов дифракционных решеток, выбор которых может усложнить процесс. Эта статья предназначена для краткого ознакомления с различными типами дифракционных решеток, чтобы помочь вам выбрать правильный вариант для ваших задач.

    Дифракционные решетки отражения и пропускания

    Отражение или пропускание — одно из самых фундаментальных различий в терминологии дифракционных решеток. По сути, отражающая решетка преломляет свет обратно в плоскость падения, в то время как пропускающие решетки пропускают рассеянный свет.Из-за способности лучше компенсировать аберрации оптические системы, изготовленные с передающими решетками, имеют сравнительно низкую чувствительность юстировки, что может быть значительным преимуществом для приложений, где незначительные ошибки юстировки или изменения температуры могут испортить результаты. Следовательно, передающие решетки предпочтительнее отражающих компонентов для многих OEM-приложений.

    Несмотря на то, что соотношение отражения и пропускания важно, это не последнее слово при выборе дифракционной решетки.

    Принципы проектирования дифракционной решетки

    Решетки изменяют фазу отраженного или проходящего света в зависимости от их уникальных структурных свойств. Обычная поверхностная рельефная решетка создается путем нанесения на материал подложки равномерно расположенных канавок, что создает популярную и легко узнаваемую «блестящую» поверхность. Это дорогостоящий и трудоемкий процесс проектирования, который может потребовать изготовления нескольких тестовых решеток с помощью алмазных инструментов, прежде чем окончательный компонент будет изготовлен путем репликации.Линейчатые решетки также страдают от довольно высокого светорассеяния. После изготовления с линейчатой ​​решеткой следует обращаться осторожно, так как ее нельзя чистить без значительного риска повреждения. Пыль, отпечатки пальцев или другие загрязнения со временем увеличивают естественный разброс решетки.

    Голографические решетки

    предназначены для устранения многих ошибок, связанных с обычными компонентами рельефа поверхности. Вкратце, они создаются путем выборочного воздействия на подложку или фотореактивный материал на подложке генерируемой лазером оптической интерференционной картины исключительной однородности.Затем это действие «записывает» периодическую структуру в выбранный носитель. В настоящее время голография является золотым стандартом производства дифракционных решеток. Узнайте больше о преимуществах решеток VPH.

    Но мы можем продолжить рассмотрение различных типов дифракционных решеток, чтобы обсудить новые и появляющиеся технологии производства голографических решеток. Вытравленные рельефные решетки, состоящие из плавленого кварца, и объемно-фазовые голографические (VPH) дифракционные решетки, например, представляют собой две совершенно разные парадигмы проектирования современных оптических систем. Хотя оба обеспечивают значительно более высокую эффективность, чем линейчатые решетки, технология решетки VPH предлагает инженерам-оптикам больше вариантов конструкции для достижения желаемого профиля эффективности.

    Выбор дифракционной решетки

    Выбор дифракционной решетки сводится к нескольким ключевым взаимосвязанным факторам производительности, в том числе:

    • Эффективность: Эффективность дифракционной решетки обычно выражается как процент падающего света, преобразованного в требуемый порядок в зависимости от длины волны, при этом большинство обычных решеток дают асимметричные кривые эффективности во всем диапазоне длин волн.
    • Разрешающая способность: Разрешающая способность дифракционной решетки определяет ее способность пространственно разделять две длины волны и в первую очередь определяется периодической структурой решетки.
    • Диапазон длин волн: Спектральный диапазон дифракционной решетки относится к области электромагнитного излучения, которое она может эффективно рассеивать, что также характерно для структуры.

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.