Номер 1, страница 224 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. На полоске чёрного картона с помощью швейной иглы диаметром 0,6–0,8 мм сделайте отверстия всё уменьшающихся диаметров, на-чиная с диаметра иглы. Чтобы отверстия получились круглыми, по-лоску картона при прокалывании поворачивайте вокруг иглы. По-смотрите на точечный источник света (можно использовать фонарикмобильного телефона, проводя наблюдения на расстоянии 2–3 м отнего) последовательно через каждое отверстие, помещая его передглазом. Как изменяется наблюдаемая картина при уменьшении диа-метра отверстия? С каким явлением это связано?

Как изменяется наблюдаемая картина при уменьшении диаметра отверстия?

При наблюдении точечного источника света через самое большое отверстие (сравнимое с диаметром иглы) он будет виден как яркая, относительно чёткая точка.

По мере уменьшения диаметра отверстия наблюдаемая картина будет меняться следующим образом:

1. Изображение источника света перестанет быть чёткой точкой и начнёт расплываться.
2. Вместо точки появится центральное светлое пятно, окружённое чередующимися тёмными и более тусклыми светлыми концентрическими кольцами. Эта картина называется дифракционной картиной (в данном случае — картиной Эйри).
3. При дальнейшем уменьшении диаметра отверстия размеры как центрального пятна, так и колец будут увеличиваться, то есть вся дифракционная картина будет расширяться.
4. Одновременно с расширением картины её общая яркость будет падать, так как через меньшее отверстие проходит меньше света.

Ответ: При уменьшении диаметра отверстия изображение точечного источника света сначала расплывается, а затем превращается в систему из центрального светлого пятна и концентрических колец (дифракционную картину). Чем меньше диаметр отверстия, тем больше размеры этой картины и тем меньше её общая яркость.

С каким явлением это связано?

Решение

Это явление связано с дифракцией света. Дифракция — это совокупность явлений, наблюдаемых при распространении волн в среде с резкими неоднородностями, и связанных с отклонением от законов геометрической оптики. Проще говоря, это способность волн, в том числе световых, огибать препятствия.

Когда свет проходит через очень малое отверстие, размеры которого становятся соизмеримы с длиной волны света, свет ведёт себя не как поток частиц, летящих прямо, а как волна. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, каждую точку волнового фронта, достигшего отверстия, можно считать источником вторичных сферических волн. Эти вторичные волны, распространяясь за отверстием, накладываются друг на друга и интерферируют: в одних направлениях они усиливают друг друга (создавая светлые пятна и кольца — максимумы), а в других — ослабляют (создавая тёмные кольца — минимумы). В результате на сетчатке глаза, который в данном эксперименте выступает в роли экрана, и формируется наблюдаемая дифракционная картина.

Угловой радиус $\theta$ первого тёмного кольца, которое ограничивает центральное светлое пятно (диск Эйри), для круглого отверстия диаметром $d$ определяется соотношением:

$ \sin \theta \approx 1.22 \frac{\lambda}{d} $

где $\lambda$ — длина волны света.

Из этой формулы видно, что чем меньше диаметр отверстия $d$, тем больше угол $\theta$, а значит, тем шире будет центральный максимум и вся дифракционная картина в целом. Именно это и наблюдается в эксперименте: уменьшение отверстия приводит к расширению дифракционной картины.

Ответ: Наблюдаемое явление связано с дифракцией света.