Номер 12, страница 140 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

Приложение «Знаем и применяем» - номер 12, страница 140.

Условие.

12. Возьмите CD-диск и наблюдайте под разными углами зрения свет, отражённый от его поверхности. Чем объясняется радужная расцветка некоторых участков диска?

помощник

▪ Не напоминает ли наблюдаемая картина расцветку мыльного пузыря?

Решение.

Радужная расцветка, наблюдаемая на поверхности CD-диска, является результатом двух волновых явлений — дифракции и интерференции света.

Рабочая поверхность CD-диска представляет собой не просто гладкое зеркало, а сложную структуру. На ней по спирали нанесены микроскопические углубления (питы), которые хранят информацию. Эти спиральные дорожки расположены очень близко друг к другу, на расстоянии, сопоставимом с длиной волны видимого света (около 1,6 мкм). Такая периодическая структура из близко расположенных штрихов или углублений действует как отражательная дифракционная решётка.

Когда белый свет (например, от лампы или солнца) падает на диск, он отражается от его поверхности. Каждая дорожка становится источником отражённых световых волн. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, эти волны распространяются во всех направлениях. Это явление огибания волнами препятствий называется дифракцией.

Отражённые от соседних дорожек световые волны накладываются друг на друга и интерферируют. Результат интерференции (усиление или ослабление света) в определённой точке пространства зависит от разности хода между волнами. В свою очередь, разность хода зависит от угла наблюдения и длины волны света.

Условие конструктивной интерференции (максимального усиления света) для дифракционной решётки для заданного порядка спектра $ m $ имеет вид:

$ d(\sin\theta_i + \sin\theta_m) = m\lambda $

где $ d $ — расстояние между дорожками (период решётки), $ \theta_i $ — угол падения света, $ \theta_m $ — угол наблюдения, а $ \lambda $ — длина волны света.

Поскольку белый свет состоит из волн разной длины (каждому цвету соответствует своя длина волны), для каждого цвета максимум будет наблюдаться под своим, строго определённым углом $ \theta_m $. Таким образом, дифракционная решётка разлагает белый свет в спектр, подобно призме. Когда мы смотрим на диск, меняя угол зрения, мы последовательно видим разные цвета радуги, так как в наш глаз попадают лучи, для которых условие максимума выполняется для разных длин волн.

Ответ: Радужная расцветка поверхности CD-диска объясняется тем, что его структура из близко расположенных дорожек действует как дифракционная решётка. Эта решётка разлагает падающий на неё белый свет в спектр в результате явлений дифракции и интерференции световых волн.