Презентация по физике по теме Дифракция

Дифракция света Красногвардейский район МБОУ «Засосенская СОШ», 2015 Урок проведён в 11 классе Афанасьевой А.П., учителем физики

Характерным проявлением волновых свойств является дифракция Дифракция - это свойство волн огибать препятствия

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Дифракция света была открыта Франческо Гримальди в конце XVII в. Объяснение явления дифракции света дано Томасом Юнгом и Огюстом Френелем, которые не только дали описание экспериментов по наблюдению явлений интерференции и дифракции света, но и объяснили свойство прямолинейности распространения света с позиций волновой теории.

История изучения явления дифракции

Впервые на явление дифракции (рис 1.1) обратил внимание Леонардо да Винчи (1452 – 1519). Однако само слово «дифракция» впервые ввел итальянский монах иезуит Франческо Гримальди (1618-1663), именно ему принадлежит авторство сравнения явления дифракции с камнем, брошенным в воду.

Гримальди Франческо 2.IV.1618 - 28.XII.1663 Итальянский ученый. С 1651 года - священник. Открыл дифракцию света, систематически ее изучал и сформулировал некоторые правила. Описал солнечный спектр, полученный с помощью призмы. В 1662 г. определил величину поверхности Земли.

В 1672г. у Христиане Гюйгенса зарождается идея о волновой теории света, которая находит свое завершение в знаменитом «Трактате о свете». В 1819 году выходит работа Огюстена Жана Френеля «Мемуары о дифракции света». Френелем была произведена серия новых, качественных экспериментов, в результате которых была создана законченная теория дифракции.

ГЮЙГЕНС Христиан  - голландский физик, механик математик и астроном. Родился в Гааге. Учился в университетах Лейдена (1645 - 47) и Бреда (1647 - 49).В 1665 - 47 жил в Париже, был избран членом Парижской АН, с 1681 - снова в Гааге. В 1678 в мемуарах, представленных в Парижскую АН, разработал волновую теорию света (опубликована в Трактате о свете в 1690).

Френель Огюст Жан (10.V.1788 - 14.VII.1827) Французский физик. Научные работы посвящены физической оптике. Дополнил известный принцип Гюйгенса, введя так называемые зоны Френеля (принцип Гюйгенса - Френеля). Разработал в 1818 году теорию дифракции света

Принцип Гюйгенса — Френеля формулируется следующим образом: Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.

Юнг Томас 13.IV.1773-10.V.1829 Английский ученый. Полиглот. Научился читать в 2 года. Объяснил аккомодацию глаза, обнаружил интерференцию звука, объяснил интерференцию и дифракцию света. Измерил длины волн световых лучей. Исследовал деформацию.

Опыт Юнга

Дифракция на дисках различного диаметра приводит к появлению в центре геометрической тени максимума Дифракция на круглом отверстии по мере приближения к экрану с отверстием. Одномерная дифракция на вертикальной щели по мере ее расширения.

Дифракция на прямолинейном крае Наблюдается проникновение части световой волны в область геометрической тени (влево) и формирование дифракционных полос в освещенной области.

Условия наблюдения дифракции Дифракция происходит на предметах любых размеров, а не только соизмеримых с длиной волны

Условия наблюдения дифракции Трудности наблюдения заключаются в том, что вследствие малости длины световой волны интерференционные максимумы располагаются очень близко друг к другу, а их интенсивность быстро убывает

Интерференционные картины от разных точек предмета перекрываются, и изображение смазывается, поэтому прибор не выделяет отдельные детали предмета. Дифракция устанавливает предел разрешающей способности любого оптического прибора

Применение и проявление дифракции света.

Только через более чем 100 лет мы встречаем упоминание о применении явления дифракции в конкретном приборе. Удалось это советскому ученому Линнику. Тогда, как другие пытались избавиться от явления дифракции, он применил ее свойства в интерферометре. Задача состояла в том, чтобы получить интерференционные кольца, пригодные для исследования оптических систем. Первое использование дифракционного эффекта для измерения растяжения было выполнено R.V.Vose в 1935г В 1940 г. - 1942 г. США совместно с Великобританией и другими странами ведет работу над созданием атомной бомбы. Для отделения легкого изотопа урана требуются металлические мембраны с 160 000 отверстий на квадратный дюйм. Диаметр отверстий 8мкм. Отклонения допускались только в пределах 10%. Для их контроля использовали явление дифракции света.

Медики в 50-60е года прошлого века пытались анализировать микроструктуры (мышечные ткани, лейкоциты и т.п.) методами когерентной оптики. Дифракционные методы контроля, находят свое применение для контроля ранних этапов заболеваний крови и прочих.

Летом 1960 г. американский ученый Т. Мейнман создает первый образец лазера на рубине. А первый газовый лазер был был сконструирован уже в конце 1960г Уже в 1967 году появляется патент, в котором авторы впервые предлагают измерять диаметры волокон и нитей, используя явление дифракции лазерного излучения на объекте. Французские исследователи просто вычисляли диаметр волокна по полученной дифракционной картине. Свет дифрагировал на волокне, затем в плоскости регистрации производился анализ, полученного распределения.

Дифракционная решетка Дифракционные решетки, представляющие собой точную систему штрихов некоторого профиля, нанесенную на плоскую или вогнутую оптическую поверхность, применяются в спектральном приборостроении, лазерах, метрологических мерах малой длины и т.д

Так выглядит свет лампы накаливания фонарика, прошедший через прозрачную дифракционную решётку. Нулевой максимум (к=0) соответствует свету, прошедшему сквозь решётку без отклонений. В силу дисперсии решётки в первом (к=±1) максимуме можно наблюдать разложение света в спектр. Угол отклонения возрастает с ростом длины волны (от фиолетового цвета к красному)

Применение Дифракционную решётку применяют в спектральных приборах, также в качестве оптических датчиков линейных и угловых перемещений (измерительные дифракционные решётки), поляризаторов и фильтров инфракрасного излучения, делителей пучков в интерферометрах и так называемых антибликовых очках.

На Дифракции света основано действие спектральных приборов с дифракционной решёткой (дифракционных спектрометров). Параллельный пучок света »зеркало М1 » отражательная решетка, состоящая из множества прямолинейных штрихов, поверхность которой покрыта хорошо отражающей пленкой металла » зеркало М2 » щель S2 (фотопластинка). Множество штрихов, освещенных когерентно, можно рассматривать как маленькие источники излучения. Свет, падающий на эти маленькие штрихи дифрагирует на каждом из них на различные углы. Весь отраженный свет состоит из когерентных волн. Только в тех направлениях, где все волны находятся в одной фазе друг с другом, создается интенсивность. Во всех других направлениях интерференция приводит к взаимному погашению различных волн.

Дифракционная решетка Виды решёток Отражательные: Штрихи нанесены на зеркальную (металлическую) поверхность, и наблюдение ведется в отраженном свете Прозрачные: Штрихи нанесены на прозрачную поверхность (или вырезаются в виде щелей на непрозрачном экране), наблюдение ведется в проходящем свете.

Чем отличатся дифракционная картина естественного и монохроматического света? Чем можно объяснить это отличие? Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного спектра? Зависит ли положение главных максимумов дифракционной решётки от числа щелей решётки? Почему в центральной части спектра, полученного на экране при освещении дифракционной решётки естественным светом, всегда наблюдается белая полоса?

Внешняя поверхность оперения у многих птиц и верхний покров тела бабочек и жуков характеризуются регулярным повторением элементов структуры с периодом от одного до нескольких микрон, образующих дифракционную решетку. Например, структуру центральных глазков хвостового оперения павлина можно увидеть на рисунке. Цвет глазков меняется в зависимости от того, как падает на них свет, под каким углом мы на них смотрим.

Домашнее задание: изучить §2.8, 2.12, подготовить презентацию на тему «Дифракция» (по желанию), выполнить индивидуальную практическую работу, результат которой описать и объяснить в тетради