Учебное пособие: Волновая и геометрическая оптика. Дифракция

Для начала определим новое для нас понятие:

дифракция – это явление огибания световыми волнами препятствий, размеры которых сравнимы с длиной световой волны.

Это определение может вызвать как минимум два вопроса:

1. Как же всё-таки распространяется свет: прямолинейно или всё же непрямолинейно? (тем более что на одном из прошедших занятий мы изучали закон прямолинейного распространения света)

2. Если свет всё же способен огибать препятствия, почему же мы не видим того, что происходит за этим препятствием?

Ответы на эти вопросы нам даст небольшой эксперимент.

Итак, соберем установку, состоящую из источника света (с узким пучком), штатива, с закрепленным на нем диске с малым отверстием, и листа белой бумаги. Расположим источник света и штатив на расстоянии 1,5 - 2 м друг от друга. При включении источника света и направлении луча строго перпендикулярно отверстию на листе бумаги можно видеть светлое пятно, внутри которого появляется пятно темное или совокупность интерференционных полос.

Подтверждает ли этот опыт явление дифракции?

Подтверждает!

Значит ли это, что он опровергает закон прямолинейного распространения света? Да или нет, и почему?

Нет! Так как диск можно убрать и на листе окажется лишь светлое пятно строго напротив источника .

Таким образом, свет распространяется прямолинейно до встречи на своем пути препятствия столь малого, что его размеры сравнимы с длиной световой волны. Не видим же мы того, что происходит за препятствием, так как чаще всего размеры препятствий слишком велики для дифракции.

Похожий опыт и стал основой для открытия нового явления. Его автором в 1665 г. Стал итальянский священник Ф.Гримальди. Однако глубоко раскрыть суть явления ему не удалось, зато в 1815 году французский физик Огюстен Френель (дорожный инженер по образованию) развил идею дифракции света и получил формулу – условие наблюдения дифракции:

l ,

где l – расстояние от препятствия до экрана (места наблюдения дифракции) , D – размер препятствия , l - длина волны.

Свои результаты Френель представляет на конкурс во Французскую академию наук, где его работу сначала не приняли в серьёз и даже высмеяли Комиссии академии: «Месье Френель, из Вашей теории должно следовать, что если перед световым лучом установить малое препятствие, то за ним будет не его тень, а наоборот светлое пятно».

Френель продемонстрировал комиссии свои опыты, и каково же было удивление всех присутствующих, когда за препятствием на самом деле оказалось светлое пятно.

Мы с Вами уже убедились в этом (вспомним только что проведенный эксперимент).

Со времени открытия дифракции и описания её основных положений прошло 342 и 192 года соответственно. Какое же значение это открытие имеет для физики в частности и для жизни человека в целом, ведь физика призвана служить человечеству верой и правдой.

Учащимся предлагается заполнить таблицу «Плюсы и минусы дифракции для человека».

Плюсы дифракции

Минусы дифракции

Первое – дифракция позволило измерить длину световой волны, а это в свою очередь позволило существенно усовершенствовать оптические приборы.

О приборе, который основан на явлении дифракции расскажет

Сизенева Екатерина.

Сообщение о дифракционной решетке

Во время сообщения собирается установка по измерению длины световой волны, а после сообщения проводятся измерения и расчеты, которые учащиеся фиксируют в тетрадях.

dsinf=nl

Второе – дифракция помогает лучше видеть людям с ослабленным зрением, причем одно и то же устройство без видоизменений пригодно как для близоруких, так и для дальнозорких (демонстрируются дифракционные очки ). Демонстрируется презентация на м/мп.

Но дифракция может сыграть и негативную роль. Например, именно дифракция мешает нам увидеть в оптический микроскоп мельчайшие объекты, а именно то, из чего состоят все материальные объекты (какие?) – атомы, элементарные частицы.

Именно дифракция мешает нам четко видеть в оптический телескоп далекие планеты и звезды.