Номер 3, страница 211 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 4. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 49. Электромагнитная природа света. Задание 42 - номер 3, страница 211.

Условие.

3_э. Если у вас есть лазерная указка, проделайте в затемнённой комнате следующий опыт. Возьмите прозрачную пластинку, луч-ше из обычного стекла. Проведите очень тонким фломастером или пером несколько штрихов. Укрепите пластинку и направьте на неё луч лазерной указки. Что вы наблюдаете на стене? Объясните результат опыта.

Решение.

Что вы наблюдаете на стене?

При направлении луча лазерной указки на стеклянную пластинку со штрихами на стене за пластинкой будет видна не одна светящаяся точка, а упорядоченный ряд таких точек. В центре будет располагаться самое яркое пятно, соответствующее прямо прошедшему лучу (центральный максимум). По обе стороны от него на равных расстояниях будут видны менее яркие пятна (максимумы первого, второго и т.д. порядков). Яркость этих боковых пятен будет уменьшаться по мере удаления от центра. Вся картина будет представлять собой линию из световых пятен, ориентированную перпендикулярно направлению нанесенных штрихов.

Ответ: На стене будет наблюдаться дифракционная картина: яркое центральное пятно и ряд симметрично расположенных по бокам от него менее ярких пятен, разделенных темными промежутками.

Объясните результат опыта.

Наблюдаемое явление является результатом дифракции и интерференции света, которые являются проявлениями его волновой природы.

Нанесенные на прозрачную пластинку тонкие штрихи вместе с прозрачными промежутками между ними образуют структуру, называемую дифракционной решеткой. Штрихи являются препятствиями для света, а узкие прозрачные зазоры между ними — щелями.

Свет от лазера является когерентным (все волны имеют постоянную разность фаз) и монохроматическим (имеет одну длину волны). Когда лазерный луч падает на такую решетку, свет проходит через щели. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, каждая точка щели становится источником вторичных световых волн. Эти волны распространяются во все стороны за решеткой, то есть происходит явление дифракции — огибание светом препятствий.

Вторичные волны от всех щелей являются когерентными и, распространяясь, накладываются друг на друга — интерферируют. В тех направлениях, где разность хода волн от соседних щелей равна целому числу длин волн, волны усиливают друг друга, образуя на стене светлые пятна (дифракционные максимумы). В тех направлениях, где разность хода равна полуцелому числу длин волн, волны гасят друг друга, образуя темные промежутки (минимумы).

Положение максимумов на экране описывается условием для дифракционной решетки: $d \sin{\varphi} = m \lambda$, где $\text{d}$ — расстояние между центрами соседних штрихов (период решетки), $\varphi$ — угол отклонения луча от первоначального направления, $\text{m}$ — целое число ($0, \pm1, \pm2, \dots$), называемое порядком максимума, и $\lambda$ — длина волны света. Центральному максимуму ($m=0$) соответствует $\varphi = 0$.

Ответ: Штрихи на стекле образуют дифракционную решетку. При прохождении через нее когерентного света лазера происходит дифракция на щелях и последующая интерференция дифрагировавших волн. В результате на стене формируется интерференционная картина в виде центрального яркого максимума и симметричных боковых максимумов убывающей интенсивности.