Номер 8, страница 224 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

8. В каких опытах обнаруживается дифракция световых волн?

Дифракция световых волн — это совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонением от законов геометрической оптики. Проще говоря, это явление огибания волнами препятствий. Дифракция становится заметной, когда размеры препятствий или отверстий соизмеримы с длиной волны света ($d \approx \lambda$). Существует несколько классических опытов, в которых это явление проявляется наиболее наглядно.

Дифракция на одной щели

Когда параллельный пучок монохроматического света (света одной длины волны) падает на узкую щель, на экране, расположенном за ней, наблюдается не просто резкое изображение щели, а сложная картина, называемая дифракционной. Она состоит из широкого и очень яркого центрального максимума и ряда чередующихся с ним более узких и менее ярких боковых максимумов и темных минимумов. Положение темных полос (минимумов) определяется условием:

$a \sin\varphi = m\lambda$

где $a$ — ширина щели, $\varphi$ — угол, под которым наблюдается минимум, $\lambda$ — длина волны света, а $m = \pm 1, \pm 2, \ldots$ — целое число, называемое порядком минимума.

Опыт Юнга (дифракция на двух щелях)

Это один из фундаментальных экспериментов, доказывающих волновую природу света. В этом опыте свет пропускают через две очень близко расположенные узкие щели. На каждой из щелей происходит дифракция, в результате чего они становятся двумя когерентными источниками вторичных световых волн. Эти волны, распространяясь дальше, накладываются друг на друга и интерферируют. На экране наблюдается интерференционная картина — чередование светлых и темных полос. Таким образом, опыт Юнга наглядно демонстрирует сразу два волновых явления: дифракцию (на каждой из щелей) и интерференцию (волн, пришедших от двух щелей).

Дифракция на круглом препятствии (пятно Пуассона-Араго)

Если на пути светового пучка разместить небольшое непрозрачное круглое препятствие (например, маленький металлический шарик), то в центре области геометрической тени на экране, вопреки интуиции, образуется яркое светлое пятно. Это пятно называется пятном Пуассона-Араго. Его появление объясняется тем, что световые волны, дифрагируя на краю диска, собираются и конструктивно интерферируют в центре тени. Исторически этот опыт стал решающим подтверждением волновой теории света Френеля.

Дифракция на дифракционной решетке

Дифракционная решетка — это оптический прибор, представляющий собой поверхность с большим количеством параллельных, равноотстоящих друг от друга штрихов (или щелей). Когда свет проходит через решетку (или отражается от нее), на каждой щели происходит дифракция, и волны от всех щелей интерферируют. В результате на экране образуется очень четкая картина из узких и ярких максимумов, разделенных широкими темными областями. Положение главных максимумов зависит от длины волны света, что позволяет использовать решетку для разложения света в спектр. Условие главных максимумов для проходящего света имеет вид:

$d \sin\varphi = m\lambda$

где $d$ — период решетки (расстояние между соседними щелями), а $m = 0, \pm 1, \pm 2, \ldots$ — порядок спектра.

Ответ: Дифракция световых волн обнаруживается в опытах, где свет взаимодействует с препятствиями или отверстиями, размеры которых сравнимы с длиной световой волны. Ключевыми примерами являются: опыт по наблюдению дифракционной картины от одной узкой щели; опыт Юнга с двумя щелями, демонстрирующий одновременно дифракцию и интерференцию; опыт с круглым непрозрачным диском, в центре тени которого наблюдается светлое пятно Пуассона-Араго; а также опыт с дифракционной решеткой, которая раскладывает свет в спектр благодаря дифракции на множестве щелей.