Номер 7, страница 233 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Параграф 48. Интерференция и дифракция света. Ответь на вопросы - номер 7, страница 233.

Условие.

7. При каких условиях дифракция проявляется наиболее отчётливо?

Решение.

Решение 2.

Дифракция, то есть отклонение волн от прямолинейного распространения и огибание ими препятствий, проявляется наиболее отчётливо, когда размеры препятствий или отверстий (апертур) сопоставимы с длиной волны.

Математически это условие можно выразить как $d \le \lambda$, где $d$ — характерный размер препятствия (например, ширина щели, диаметр отверстия или непрозрачного диска), а $\lambda$ — длина волны.

• Если размеры препятствия значительно больше длины волны ($d \gg \lambda$), то волны распространяются практически прямолинейно, и дифракционные эффекты почти незаметны. В этом случае мы наблюдаем резкую тень за препятствием, что соответствует законам геометрической оптики.
• Когда размер препятствия становится сравним с длиной волны ($d \approx \lambda$), волны заметно огибают его края. Это приводит к проникновению света в область геометрической тени и возникновению сложной картины распределения интенсивности — дифракционной картины, состоящей из чередующихся светлых и тёмных полос (максимумов и минимумов).

Таким образом, для чёткого наблюдения дифракции необходимо, чтобы волна встречала на своём пути препятствие, размер которого ненамного превышает её длину. Для видимого света, длина волны которого составляет 400–750 нм, это означает, что дифракция будет хорошо заметна на препятствиях размером порядка микрометров.

Ответ: Дифракция проявляется наиболее отчётливо, когда размеры препятствий или отверстий соизмеримы с длиной волны ($d \approx \lambda$) или меньше неё ($d < \lambda$).

8. Дифракция световых волн обнаруживается в целом ряде классических и современных физических опытов, которые исторически сыграли ключевую роль в утверждении волновой теории света.

Наиболее известные опыты, в которых наблюдается дифракция:

1. Опыт Юнга с двумя щелями: Хотя этот опыт в первую очередь демонстрирует интерференцию, он невозможен без дифракции. Свет, проходя через две узкие близко расположенные щели, дифрагирует на каждой из них. Две дифрагировавшие волны становятся когерентными и, накладываясь друг на друга, создают на экране устойчивую интерференционную картину из светлых и тёмных полос.
2. Дифракция на одной щели (дифракция Фраунгофера): При прохождении параллельного пучка света через узкую одиночную щель на удалённом экране наблюдается не просто светлая полоса, равная по ширине щели, а широкая дифракционная картина. Она состоит из яркого и широкого центрального максимума и ряда симметрично расположенных, более слабых и узких боковых максимумов, разделённых тёмными минимумами.

3. Дифракция на круглом отверстии и диске (дифракция Френеля):

   • При дифракции на круглом отверстии в центре дифракционной картины может наблюдаться как светлое, так и тёмное пятно, в зависимости от расстояния до экрана.
   • Знаменитым опытом, подтвердившим волновую теорию света, является наблюдение пятна Пуассона-Араго. Теория Френеля предсказывала, что в центре тени от небольшого непрозрачного круглого диска должно находиться светлое пятно. Экспериментальное подтверждение этого, на первый взгляд, парадоксального вывода стало решающим аргументом в пользу волновой природы света.
4. Дифракционная решётка: Это оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа параллельных, равноотстоящих друг от друга штрихов (или щелей). При прохождении света через решётку (или отражении от неё) возникает чёткая дифракционная картина в виде узких и ярких спектральных линий. Дифракционные решётки являются основным элементом многих спектральных приборов (спектрометров, монохроматоров), так как они позволяют разлагать свет в спектр и точно измерять длины волн.

Также дифракцию можно наблюдать в быту: например, радужные цвета на поверхности CD или DVD диска, которые возникают из-за дифракции света на их микроскопической дорожке, или размытые края тени от острых предметов.

Ответ: Дифракция световых волн обнаруживается в опытах с прохождением света через узкие щели (опыт Юнга, дифракция на одной щели), малые отверстия, мимо краёв непрозрачных тел (пятно Пуассона-Араго), а также при использовании дифракционных решёток.