Номер 8.56, страница 187 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 8. Волновая оптика. Дифракция света. Дифракционная решётка - номер 8.56, страница 187.

Условие.

8.56. Почему частицы размером менее 0,3 мкм в оптическом микроскопе не видны?

Решение.

Частицы размером менее 0,3 мкм не видны в оптическом микроскопе из-за фундаментального физического явления, связанного с волновой природой света, — дифракции.

Любой оптический прибор, включая микроскоп, имеет предел разрешения. Это минимальное расстояние между двумя точками объекта, при котором их ещё можно различить как отдельные. Этот предел обусловлен дифракцией — способностью световых волн огибать препятствия.

Если размер объекта сопоставим с длиной волны света, используемого для наблюдения, или меньше её, то световые волны будут не столько отражаться от него, сколько огибать его. В результате этого невозможно сформировать чёткое изображение объекта, так как дифракционные картины от его краёв будут накладываться друг на друга, создавая размытое пятно.

Оптические микроскопы работают в видимом диапазоне света, длина волны которого ($ \lambda $) лежит в пределах от примерно 400 нм (0,4 мкм) для фиолетового света до 700 нм (0,7 мкм) для красного. Предел разрешения микроскопа теоретически не может быть лучше, чем примерно половина длины волны используемого излучения ($ \approx \frac{\lambda}{2} $). Для самого коротковолнового фиолетового света этот предел составляет около $ \frac{0,4 \text{ мкм}}{2} = 0,2 \text{ мкм} $.

Таким образом, частицы размером 0,3 мкм уже находятся на границе разрешающей способности оптической микроскопии, а частицы меньшего размера рассмотреть как отдельные объекты с чёткими границами становится невозможно из-за сильного влияния дифракции.

Ответ: Частицы размером менее 0,3 мкм не видны в оптическом микроскопе из-за дифракционного предела разрешения. Их размер сопоставим или меньше длины волны видимого света, в результате чего световые волны огибают эти частицы, не позволяя сформировать их чёткое изображение.