Подробное описание конспекта
«Дифракция света. Дифракционная решётка»
1. Понятие дифракции света
В начале конспекта вводится понятие дифракции света.
Дифракция — это явление нарушения прямолинейного распространения света, связанное с огибанием световыми волнами препятствий и проникновением света в область геометрической тени.
Физическая причина дифракции заключается в том, что фронт световой волны искажается из-за резких неоднородностей среды или наличия отверстий и препятствий.
Показано условие, при котором дифракция становится заметной:
a≲λa \lesssim \lambdaa≲λ
где
- aaa — характерный размер отверстия или препятствия,
- λ\lambdaλ — длина волны света.
Если размеры отверстия сравнимы с длиной волны, свет начинает заметно отклоняться от прямолинейного хода.
2. Геометрическая иллюстрация дифракции
На рисунке изображено прохождение плоской световой волны через узкое отверстие.
После прохождения через щель волновой фронт перестаёт быть плоским и приобретает форму расходящихся волновых поверхностей, что наглядно демонстрирует дифракцию.
3. Принцип Гюйгенса
Далее в конспекте формулируется принцип Гюйгенса, который используется для объяснения дифракционных явлений.
Принцип Гюйгенса:
каждая точка среды, до которой дошло возмущение, становится источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны.
На схеме показано:
- ababab — волновая поверхность в момент времени ttt,
- cdcdcd — волновая поверхность в момент времени t+Δtt + \Delta tt+Δt.
Каждая точка старой волновой поверхности излучает вторичные волны, а новая волновая поверхность является огибающей этих вторичных волн.
4. Принцип Гюйгенса–Френеля
Далее принцип Гюйгенса уточняется и дополняется в формулировке Гюйгенса–Френеля.
Согласно этому принципу:
- волновая поверхность в любой момент времени представляет собой совокупность вторичных волн;
- результирующее световое поле является результатом интерференции всех вторичных волн.
На схеме показано:
- источник света SSS;
- точки S1,S2,S3S_1, S_2, S_3S1,S2,S3 — элементы волновой поверхности, являющиеся источниками вторичных волн;
- точка наблюдения BBB, в которой складываются волны, пришедшие от разных участков волновой поверхности.
Таким образом, дифракция объясняется интерференцией вторичных волн, а не «изломом» лучей.
5. Дифракционная решётка
В заключительной части конспекта рассматривается дифракционная решётка.
Дифракционная решётка — это оптический прибор, представляющий собой большое число одинаковых параллельных щелей.
Вводятся основные параметры решётки:
- aaa — ширина щели,
- bbb — ширина непрозрачного промежутка,
- ddd — период решётки:
d=a+bd = a + bd=a+b
6. Геометрия дифракции на решётке
На схеме показано падение параллельных световых лучей на решётку и их распространение под углом φ\varphiφ.
Разность хода лучей, приходящих от соседних щелей, определяется выражением:
Δ=dsinφ\Delta = d \sin \varphiΔ=dsinφ
(на рисунке это показано через отрезки ACACAC и ABABAB).
Это выражение используется для анализа условий возникновения максимумов и минимумов дифракционной картины.
Итог
В данном конспекте последовательно раскрыты:
- физическая сущность дифракции света;
- условие её наблюдения;
- принцип Гюйгенса и принцип Гюйгенса–Френеля;
- механизм образования дифракционной картины;
- устройство и параметры дифракционной решётки.
Конспект логично связывает волновую природу света с наблюдаемыми дифракционными явлениями и подготавливает основу для дальнейшего изучения интерференции и спектральных приборов.