1. В чем заключается явление дифракции света?
Дифракцией называется совокупность явлений, возникающих при распространении света в неоднородной среде, в которой могут находиться непрозрачные экраны или области пространства со сравнительно резким изменением показателя преломления. При этом происходит нарушение прямолинейности распространения света, т. е. отклонение от законов геометрической оптики. Вследствие дифракции при освещении непрозрачных экранов точечным источником света на границе тени, где, согласно законам геометрической оптики, должен был бы происходить скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается ряд светлых и тёмных дифракционных полос
2. Какие волны называются когерентными?
Две волны одной частоты называются когерентными, если разность фаз колебаний, возбуждаемых волнами в данной точке пространства, постоянна во времени.
3. Какой тип дифракции Френеля или Фраунгофера реализуется в данном эксперименте и почему?
В данном эксперименте
реализуется дифракция Фраунгофера –
дифракция в
параллельных лучах.
При дифракции Фраунгофера наблюдение дифракционной картины производится на достаточно большом расстоянии от экрана с щелями. Количественный критерий дифракции Фраунгофера описывается следующей формулой:
L >> d2/b
где L– расстояние от щели до точки наблюдения.
Применение в качестве источника света оптического квантового генератора (лазера) позволяет обходиться без системы линз, т.к. излучение лазера обладает высокой степенью монохроматичности, направленностью излучения, высокой интенсивностью световых потоков, временной и пространственной когерентностью. Благодаря высокой плотности лазерного излучения удается наблюдать максимумы до десятого порядка.
4. Как изменится дифракционная картина, если гелий-неоновый лазер, излучающий кранный свет, заменить кадмиевым лазером, излучающим в синей области спектра?
Длина волны синего света меньше длины волны красного. Значит
расстояние между
интерференционными минимумами уменьшится.
5. В чем заключается физический смысл понятия «зона Френеля»?
Дифракционное
поле может быть представлено как
результат интерференции фиктивных
вторичных источников, распределённых
по всей не закрытой препятствием части
фронта падающей волны и имеющих амплитуду
и фазу, пропорциональные таковым у этой
волны. Френель ввёл разбиение поверхности,
занятой вторичными источниками, на
полуволновые зоны. Характер дифракции
волн зависит от того, сколько зон
укладывается в отверстии, или от значения
френелевского (волнового) параметра
6. Что будет наблюдаться на экране (максимум или минимум интенсивности) в точке, для которой одновременно выполняются условия главных минимумов и главных максимумов?
В данном случае будет наблюдаться максимум, так как в точке минимума свет отсутствует.
Лабораторная работа №72 «Изучение явления дифракции света» Порядок выполнения работы физика 72 лабка
жүктеу/скачать 0.
|
82 Mb.1 2
Байланысты:
физика 72 лабка
Отчет
по лабораторной работе №72 Караганда, 2021г Лабораторная работа № 72 «Изучение явления дифракции света» Порядок выполнения работы Перемещением рейтера установить дифракционную решетку на заданном расстоянии “y” от щели источника света. Найти спектры 1, 2, 3 порядков по обе стороны от нулевого максимума. Измерить расстояние между нулевым максимумом и первым максимумом, расположенным по правую сторону от нулевого — х  Найти и определить угол j, соответствующий данному максимуму интенсивности. Измерения произвести для максимумов фиолетового, зеленого и красного цветов, в спектрах 1, 2 и 3 порядков для трех значений “y”. Например, для y1 = 15, y2 = 20 и y3 = 30 см.
ЗАМЕЧАНИЕ: для максимумов зелёного цвета отсчитывать “х” от центра этого максимума. Для максимумов фиолетового и красного Зная постоянную решетки (d = 0,01 мм) и угол j, при котором наблюдается максимум интенсивности данного цвета и порядка, найти длину волны l по формуле: Здесь k берётся по модулю. Вычислить доверительные интервалы для найденных значений длин волн, соответствующих фиолетовой, зелёной и красной областям спектра. ; Результаты измерений и расчётов занести в таблицу. 
Таблица
жүктеу/скачать 0. Достарыңызбен бөлісу: |
82 Mb.1 2
©melimde.com 2022
әкімшілігінің қараңыз
Дифракция света | Что такое дифракция?
Дифракция — это термин, определяющий явления волн, взаимодействующих с частицами. В этой части мы обсуждаем дифракцию световых волн, от примеров дифракции до уравнений дифракции света.
Что такое дифракция?
Обычно мы думаем, что свет всегда движется прямолинейно, но когда световые волны проходят вблизи барьера, они имеют тенденцию огибать этот барьер и расходиться. Определение дифракции – это распространение волн, когда они проходят через препятствие или вокруг него. В частности, применительно к свету дифракция света происходит, когда световая волна проходит через угол или через отверстие или щель, которые физически приблизительно равны или даже меньше длины волны этого света.
Примеры дифракции
Очень простую демонстрацию дифракции волн можно провести, держа руку перед источником света и медленно сжимая два пальца, наблюдая за светом, проходящим между ними.
Мы часто можем наблюдать пастельные оттенки синего, розового, пурпурного и зеленого в облаках, которые образуются при дифрагировании света от капель воды в облаках. Величина дифракции зависит от длины волны света, при этом более длинные волны преломляются под большим углом, чем более короткие (по сути, красный свет преломляется под большим углом, чем синий и фиолетовый свет). Когда световая волна, проходящая через атмосферу, сталкивается с каплей воды, как показано ниже, она сначала преломляется на границе раздела вода-воздух, а затем отражается, когда снова встречается с границей раздела.
В чем разница между дифракцией и рассеянием?
Термины «дифракция» и «рассеяние» часто используются взаимозаменяемо и считаются почти синонимами. Дифракция описывает особый случай светорассеяния, при котором объект с регулярно повторяющимися элементами (например, дифракционная решетка) создает упорядоченную дифракцию света на дифракционной картине. В реальном мире большинство объектов имеют очень сложную форму, и их следует рассматривать как состоящие из множества отдельных дифракционных элементов, которые в совокупности могут вызывать случайное рассеяние света.
Эксперимент по однощелевой оптической дифракции
Одной из классических и наиболее фундаментальных концепций дифракции световых волн является эксперимент по оптической дифракции с одной щелью, впервые проведенный в начале девятнадцатого века. Когда световая волна распространяется через щель (или отверстие), результат зависит от физического размера отверстия по отношению к длине волны падающего луча. Это показано на рис. 3, предполагая, что когерентная монохроматическая волна, излучаемая точечным источником S, аналогична свету, излучаемому лазером, проходит через апертуру d и дифрагирует, при этом первичный падающий световой пучок попадает в точку P, а первый вторичные максимумы в точке Q.
Как показано в левой части рисунка, когда длина волны (λ) намного меньше ширины апертуры (d), волна просто движется вперед по прямой линии, как если бы она была частицей. или диафрагмы не было. Однако, когда длина волны превышает размер апертуры, мы наблюдаем дифракцию света в соответствии с уравнением:
sinθ = λ/d дифракционная картина.
Эксперимент дает яркий центральный максимум, который с обеих сторон окружен вторичными максимумами, причем интенсивность каждого последующего вторичного максимума уменьшается по мере увеличения расстояния от центра. Рисунок 4 иллюстрирует эту точку графиком зависимости интенсивности пучка от дифракционного радиуса. Обратите внимание, что минимумы, возникающие между вторичными максимумами, расположены кратно π.
Этот эксперимент был впервые объяснен Огюстеном Френелем, который вместе с Томасом Янгом представил важные доказательства, подтверждающие, что свет распространяется волнами. Из рисунков выше мы видим, как когерентный монохроматический свет (в данном примере лазерное освещение), излучаемый из точки L, дифрагирует на апертуре d. Френель предположил, что амплитуда максимумов первого порядка в точке Q (определяемая как εQ) будет определяться уравнением:
dεQ = α(A/r)f(χ)d, где A — амплитуда падающей волны, r — расстояние между d и Q , а f(χ) — функция χ , коэффициента наклона .
Дифракция света
Узнайте, как преломляется луч света, проходящий через узкую щель или отверстие. Отрегулируйте длину волны и размер апертуры и посмотрите, как это повлияет на картину интенсивности дифракции.
Start Tutorial
Дифракция света играет первостепенную роль в ограничении разрешающей способности любого оптического инструмента (например, камеры, бинокли, телескопы, микроскопы и глаз). Разрешающая способность — это способность оптического прибора создавать отдельные изображения двух соседних точек. Это часто определяется качеством линз и зеркал в приборе, а также свойствами окружающей среды (обычно воздуха). Волнообразная природа света накладывает окончательный предел на разрешающую способность всех оптических инструментов.
Уравнения дифракции с круглой апертурой
В наших обсуждениях дифракции в качестве отверстия, через которое преломляется свет, использовалась щель. Однако все оптические приборы имеют круглые отверстия, например зрачок глаза или круглая диафрагма и линзы микроскопа.
Круглые апертуры создают дифракционные картины, подобные описанным выше, за исключением того, что картина естественным образом демонстрирует круговую симметрию. Математический анализ дифракционных картин, создаваемых круглым отверстием, описывается уравнением дифракции:
где θ(1) — угловое положение дифракционных минимумов первого порядка (первое темное кольцо), λ — длина волны падающего свет, d — диаметр отверстия, а 1,22 — постоянная. В большинстве случаев угол θ(1) очень мал, поэтому аппроксимация, согласно которой sin и тангенс угла почти равны, дает: уравнений становится очевидным, что центральный максимум прямо пропорционален λ/d, , делая этот максимум более расплывчатым для более длинных волн и для меньших апертур. Вторичные минимумы дифракции устанавливают предел полезного увеличения линз объективов в оптической микроскопии из-за присущей этим линзам дифракции света.
Какой бы совершенной ни была линза, изображение точечного источника света, создаваемое линзой, сопровождается максимумами вторичного и более высокого порядка. Этого можно было бы избежать, только если бы линза имела бесконечный диаметр. Два объекта, разделенные расстоянием менее θ(1) не может быть решен, независимо от того, насколько велико увеличение. Хотя эти уравнения были получены для изображения точечного источника света на бесконечном расстоянии от апертуры, это разумное приближение к разрешающей способности микроскопа, когда d заменяет диаметр линзы объектива.
Таким образом, если два объекта находятся на расстоянии D друг от друга и на расстоянии L от наблюдателя, угол (выраженный в радианах) между ними равен:
θ = D / L, что позволяет нам сжать последние два уравнения, чтобы получить:
D(0) = 1,22(λL/d) Где D(0) 9003 минимальное расстояние между объектами, которое позволит их разрешить.
Используя это уравнение дифракции, человеческий глаз может различать объекты, находящиеся на расстоянии 0,056 миллиметра, однако фоторецепторы в сетчатке расположены недостаточно близко друг к другу, чтобы обеспечить такую степень разрешения, и 0,1 миллиметра является более реалистичным числом при нормальных обстоятельствах.
Разрешающая способность оптических микроскопов определяется рядом факторов, включая рассмотренные, но в самых идеальных условиях это число составляет около 0,2 микрометра. Это число должно учитывать оптическую настройку микроскопа, качество линз, а также преобладающие длины волн света, используемые для изображения образца. Хотя часто нет необходимости рассчитывать точную разрешающую способность каждого объектива (и в большинстве случаев это было бы пустой тратой времени), важно понимать возможности объективов микроскопа применительно к реальному миру.
Соавторы
Мортимер Абрамовиц – Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive.
, Мелвилл, Нью-Йорк, 11747.
Майкл У. Дэвидсон – Национальная лаборатория сильного магнитного поля, 1800 г., Восточная часть Пола Дирака Доктор, Флорида Государственный университет, Таллахасси, Флорида, 32310.
Что такое дифракция света? | Блог
Известно, что световые волны ведут себя одним из трех способов, когда достигают границы среды. То есть конец одной среды и/или начало другой. Они либо отражаются, либо преломляются, либо дифрагируют.
- Дифракция — это явление, при котором волна меняет направление, когда она огибает объект на своем пути или проходит через отверстие.
- Отражение происходит, когда волна входит в контакт с поверхностью, отражается от поверхности и перенаправляется обратно в исходную среду.
- Преломление — это изменение направления волны при переходе из одной физической среды в другую.
Например, изменение направления при переходе волны из воды в воздух.
Например, изменение направления при переходе волны из воды в воздух.Эти явления характерны не только для волн видимого света. На самом деле их можно наблюдать для любой волны, включая звуковые волны, волны на воде или любую волну в электромагнитном спектре. Тем не менее, этот блог будет посвящен чудесам дифракции волн видимого света.
Дифракция света — сложная тема, но мы в Rainbow Symphony гордимся тем, что являемся воротами к радостям науки для учащихся всех уровней. Мы шаг за шагом познакомим вас с основами и покажем, как вы можете проводить свои собственные забавные эксперименты и изучать науку о дифракции.
Принцип Гюйгена
Начнем с принципа Гюйгена. Христиан Гюйгенс был блестящим голландским физиком, математиком, изобретателем и астрономом, особенно известным своим вкладом в оптику и механику. Объяснения всех трех явлений поведения световых волн основаны на принципе Гюйгена, который гласит, что каждая точка на фронте волны является источником вейвлетов, распространяющихся вперед с одинаковой скоростью.
Что такое видимый свет?
Все электромагнитные волны являются светом, но человеческому глазу виден только свет из определенной части электромагнитного спектра. Человеческий глаз видит электромагнитное излучение с длиной волны от 380 до 760 нм. Этот диапазон называется спектром видимого света. В электромагнитном спектре спектр видимого света находится между инфракрасными и ультрафиолетовыми волнами. Видимые эффекты дифракции наиболее выражены, когда длина отверстия, через которое проходит волна, близка к длине волны света.
Примеры дифракции света в природе
Примеры дифракции света можно наблюдать в природе каждый день! Возьмем, к примеру, «серебряную подкладку» облака. Этот визуальный эффект возникает из-за того, что солнечный свет огибает край облака. Различные цвета, иногда наблюдаемые в облаках, являются еще одним примером преломления света, на этот раз каплями воды в облаках. Это называется радужностью облаков и чаще всего наблюдается в перисто-кучевых, высококучевых, линзовидных и перистых облаках.
Различные цвета иллюстрируют, как волны разных длин волн по-разному преломляются и «рассеиваются».
Другим ярким примером дифракции света в природе являются световые кольца (корона), наблюдаемые вокруг Солнца и других небесных тел. Это вызвано дифракцией световых волн на мелких частицах в атмосфере. Даже кажущийся голубой цвет неба является примером дифракции света в действии. Когда солнечный свет попадает в атмосферу Земли, цвета с более длинными волнами просто проходят сквозь нее. Однако синий цвет, имеющий относительно короткую длину волны, дифрагирует и рассеивается при столкновении с молекулами атмосферы.
Дифракционная решетка
Вы можете наблюдать цветовой спектр света, рассматривая источник света через дифракционную решетку в темной комнате. Дифракционная решетка используется для разделения света на составляющие его цвета. Это расположение большого количества равноудаленных параллельных узких царапин одинаковой ширины, разделенных равными непрозрачными участками.
Согласно принципу Гюйгена, когда световая волна соприкасается с дифракционной решеткой, свет рассеивается, образуя множество точечных источников с центрами в каждой щели. Конструктивная и деструктивная интерференция «новых» световых волн происходит там, где их впадины и пики встречаются или противостоят друг другу соответственно.
Конструктивная интерференция возникает в разных направлениях для разных цветов из-за разных длин волн цветов, составляющих видимый спектр. Основываясь на этом, мы можем навести дифракционную решетку на источник белого света и увидеть различные цвета в спектре.
Покупайте в нашем магазине сегодня
Ознакомьтесь с ассортиментом забавных товаров в магазине Rainbow Symphony, чтобы продолжить изучение дифракции света, включая наши дифракционные очки и радужные ловцы солнца. Мы также предлагаем три типа слайдов дифракционной решетки: двухосный слайд 13 500 линий/дюйм, линейный слайд дифракционной решетки 1000 линий/мм и линейный слайд дифракционной решетки 500 линий/мм.