Номер 8, 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 8, страница 233.

Условие.

8. В каких опытах обнаруживается дифракция световых волн?

Решение.

Решение 2.

Дифракция световых волн — это явление, заключающееся в огибании волнами препятствий и их проникновении в область геометрической тени. Она является фундаментальным свойством волн и доказывает волновую природу света. Дифракция наблюдается наиболее отчётливо, когда размер препятствия ($d$) соизмерим с длиной волны света ($\lambda$). Для видимого света длина волны очень мала (от 400 до 700 нанометров), поэтому для наблюдения дифракции требуются очень маленькие препятствия или отверстия. Дифракцию можно наблюдать в следующих классических опытах:

Опыт с дифракцией на одной щели. В этом опыте пучок монохроматического света (света одной длины волны) направляют на экран с очень узкой щелью. На другом экране, расположенном за щелью, вместо резкого изображения щели наблюдается дифракционная картина. Она представляет собой широкую и яркую центральную светлую полосу, а по обе стороны от неё — серию чередующихся тёмных и более тусклых светлых полос (вторичных максимумов). Это явление объясняется принципом Гюйгенса–Френеля: каждая точка щели становится источником вторичных волн, которые интерферируют между собой. Условие образования тёмных полос (минимумов) в этом опыте: $d \cdot \sin{\varphi} = m \cdot \lambda$, где $d$ — ширина щели, $\varphi$ — угол дифракции, $m$ — целое число ($m = \pm 1, \pm 2, \dots$), а $\lambda$ — длина волны света.

Опыт Юнга (дифракция на двух щелях). Исторически этот опыт был проведён для демонстрации интерференции света, но сам эффект невозможен без дифракции. Свет проходит через две близко расположенные узкие щели. Пройдя через каждую щель, световые волны дифрагируют, то есть отклоняются от прямолинейного распространения и расширяются. В результате два дифрагировавших пучка света накладываются друг на друга и интерферируют. На экране наблюдается интерференционная картина в виде чередующихся светлых и тёмных полос, которая является результатом сложения дифрагировавших волн.

Опыт с дифракционной решёткой. Дифракционная решётка — это оптический прибор, представляющий собой пластинку с большим количеством параллельных, равноудалённых друг от друга щелей или штрихов. Когда на решётку падает свет, на каждой щели происходит дифракция. Волны от всех щелей интерферируют, создавая на экране очень резкую картину из ярких, узких максимумов и широких тёмных промежутков. Дифракционные решётки являются основным элементом спектрометров, так как они позволяют разложить свет в спектр и с высокой точностью измерить длины волн. Условие главных максимумов для решётки: $d \cdot \sin{\varphi} = m \cdot \lambda$, где $d$ — период решётки.

Опыт с пятном Пуассона–Араго. Этот опыт наглядно демонстрирует отклонение от законов геометрической оптики. Если на пути светового пучка поместить небольшой непрозрачный круглый диск, то в центре его тени на экране образуется яркое светлое пятно. Это пятно появляется в результате дифракции световых волн на краях диска и их последующей конструктивной интерференции в центре тени. Исторически предсказание и последующее экспериментальное обнаружение этого пятна стало мощным аргументом в пользу волновой теории света. Аналогично, при прохождении света через малое круглое отверстие наблюдается дифракционная картина в виде диска Эйри — центрального светлого пятна, окружённого тёмными и светлыми кольцами.

Ответ: Дифракция световых волн обнаруживается в опытах, где свет взаимодействует с препятствиями или отверстиями, размеры которых соизмеримы с длиной волны света. К таким опытам относятся: дифракция на одной узкой щели, опыт Юнга с двумя щелями, дифракция на дифракционной решётке, а также дифракция на малом круглом препятствии (приводящая к появлению пятна Пуассона-Араго) или на малом круглом отверстии (формирующая диск Эйри).