Номер 1, страница 157 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Творческие задания. § 44. Дифракция света на щели. Дифракционная решётка. Глава 5. Волновые свойства света - номер 1, страница 157.

ТВОРЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

1. Создайте фотоальбом «Дифракционные и интерференционные картины».

Представляем концептуальный фотоальбом «Дифракционные и интерференционные картины», демонстрирующий проявления волновой природы света в окружающем нас мире.

Интерференция — это явление взаимного усиления или ослабления двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. Дифракция — это явление огибания волнами препятствий. Эти два явления тесно связаны и часто наблюдаются вместе, создавая удивительные по красоте узоры.

Фотография 1: Мыльный пузырь в лучах света

Описание: Макроснимок поверхности мыльного пузыря, переливающейся всеми цветами радуги. Цветные полосы и пятна постоянно меняют свою форму и расположение.

Объяснение: Это яркий пример интерференции света в тонких пленках. Свет, падающий на пузырь, отражается от его внешней и внутренней поверхностей. Два отраженных луча, складываясь, интерферируют. В зависимости от толщины пленки в данной точке и угла зрения, волны определенных длин (цветов) усиливают друг друга (конструктивная интерференция), а другие — гасят (деструктивная интерференция). Условие для максимального усиления света при отражении от тонкой плёнки выглядит так: $2nt \cos\beta = (m + \frac{1}{2})\lambda$, где $n$ — показатель преломления плёнки, $t$ — её толщина, $\beta$ — угол преломления, $\lambda$ — длина волны света, а $m$ — целое число (0, 1, 2, ...).

Фотография 2: Масляная пленка на воде

Описание: Разноцветные радужные разводы на поверхности лужи, где растеклась тонкая пленка масла или бензина.

Объяснение: Механизм явления тот же, что и у мыльного пузыря — интерференция в тонкой пленке. Световые лучи отражаются от двух границ: воздух-масло и масло-вода. Разность хода этих лучей приводит к их интерференции. Поскольку толщина масляной пленки неравномерна, мы видим цветные полосы, соответствующие областям одинаковой толщины.

Фотография 3: Радуга на поверхности CD-диска

Описание: Отражающая поверхность компакт-диска (CD или DVD), которая при освещении расщепляет белый свет на яркий спектр, подобно призме. Цвета меняются при изменении угла обзора.

Объяснение: В данном случае мы наблюдаем дифракцию света. На диске имеется спиральная дорожка из микроскопических углублений (питов). Эта структура работает как отражательная дифракционная решетка. Падающий на диск свет дифрагирует на этих регулярно расположенных неоднородностях. Волны разных цветов (разной длины волны) отклоняются на разные углы, в результате чего белый свет разлагается в спектр. Условие для наблюдения дифракционных максимумов (ярких полос) для решетки: $d \sin\varphi = m\lambda$, где $d$ — период решетки (расстояние между соседними дорожками), $\varphi$ — угол дифракции, $m$ — порядок максимума.

Фотография 4: Свет фонаря сквозь ресницы

Описание: Если посмотреть на яркий удаленный источник света (например, уличный фонарь) прищурившись, можно увидеть, как от него расходятся световые «лучи» или размытая полоса с темными и светлыми участками.

Объяснение: Ресницы или узкая щель между веками действуют как дифракционная решетка. Проходя через них, свет дифрагирует, и световые волны от разных участков интерферируют между собой. В результате на сетчатке глаза формируется сложная дифракционная картина, которую мы воспринимаем как «лучи» вокруг источника света.

Фотография 5: Кольца Ньютона

Описание: Система концентрических радужных колец с темным пятном в центре. Такой узор возникает при контакте плосковыпуклой линзы с большим радиусом кривизны и плоской стеклянной пластины.

Объяснение: Это классический пример интерференции в воздушном зазоре переменной толщины. Между линзой и пластиной образуется тонкая воздушная прослойка, толщина которой увеличивается от центра к краям. Интерференция лучей, отраженных от нижней поверхности линзы и от верхней поверхности пластины, и создает эту кольцевую картину. Центральное пятно является темным, так как в точке касания разность хода равна нулю, но при отражении от оптически более плотной среды (стекла) фаза волны меняется на $\pi$ (эквивалентно потере полдлины волны), что приводит к деструктивной интерференции.

Фотография 6: Край тени

Описание: Если внимательно рассмотреть край тени от очень резкого предмета (например, лезвия бритвы), освещенного точечным источником света, можно заметить, что граница не является абсолютно резкой. Вместо этого наблюдаются очень тонкие чередующиеся светлые и темные полосы.

Объяснение: Это явление дифракции на краю экрана (дифракция Френеля). Свет, проходя вблизи края препятствия, огибает его и проникает в область геометрической тени. Эти дифрагировавшие волны интерферируют с волнами, не затронутыми препятствием, создавая сложную картину из полос на границе света и тени. Это доказывает, что свет не распространяется строго прямолинейно.

Этот фотоальбом показывает, что удивительные и красивые оптические явления, подтверждающие волновую теорию света, окружают нас повсюду, нужно лишь научиться их замечать.

Ответ: Выше представлен концептуальный фотоальбом «Дифракционные и интерференционные картины» с описанием фотографий и физическим объяснением наблюдаемых явлений.