Дифракция света.

1. Что такое дифракция света?
   Дифракция света, это дифракция световых волн.
2. Приведите пример дифракции света. Сделайте три рисунка, для случаев, когда дифракция волн не проявляется достаточно сильно и для случая, когда дифракция волн проявляется достаточно сильно.
   Пусть световая волна, длина волны которой λ, распространяется в направлении препятствия, размер которого d, как показано на рис. 148.
   
   Рис. 148. Схема дифракции для различных соотношений длины волны λ и размера препятствия d.
   Волна изображена линией со стрелочками на ней, которые показывают направление распространения волны.
   Препятствие изображено квадратиком.
   а) λ≫d.
   б) λ\sim d.
   в) λ≪d.
   Если λ≫d, то волна проходит через препятствие, как бы не замечая его. При этом дифракции не наблюдается¹. Если λ\sim d, волна огибает препятствие и начинает, поэтому распространяться от него в разные стороны.² В этом случае наблюдается дифракция. Если λ≪d волна врезается в препятствие (она может отразиться от него, поглотиться им, пройти в него, преломившись; причём могут одновременно реализовываться несколько из этих возможностей, то есть, например, часть волны отражается, часть поглощается и часть входит в препятствие), в этом случае световая волна ведёт себя как световой луч в геометрической оптике. При таком соотношении λ и d дифракция не наблюдается.
3. Что такое дифракционная решётка?
   Дифракционная решётка представляет собой совокупность большого числа узких щелей (насколько узких щелей? Настолько чтобы λ\sim d, где λ~- длина электромагнитной волны, падающей на эту дифракционную решётку, d~- ширина щели), разделённых непрозрачными промежутками.³
4. Изобразите схематически дифракционную решётку в двух разных видах.
   Дифракционная решётка в двух разных видах изображена на рис. 149.
   Вот рисунок 149.
   
   Рис. 149. Дифракционная решётка.
   а) Дифракционная решётка (вид спереди).
   Белые прямоугольники — прозрачные щели.
   Заштрихованные крестиком части — непрозрачные части.
   d~- период решётки,
   l~- длина решётки.
   б) Получение дифракционной картины (дифракционная картина — это интерференционная картина, возникшая благодаря дифракции) с помощью дифракционной решётки.
   Буквами \mathrm{ДР} обозначена дифракционная решётка (вид сбоку).
   Линии, подписанные стрелочками, изображают световые лучи, идущие после решётки под углом наблюдения φ_m.
   Горизонтальным штрихом по центру решётки обозначен её центр (то есть её середина).
   Буквой \mathrm{Э} обозначен экран, на котором наблюдается дифракционная картина.
   Пунктирная линия, идущая от центра решётки перпендикулярно решётке, попадает в экран в точке, отмеченной горизонтальным штрихом и подписанной цифрой 0. Эта точка — центр дифракционной картины в ней находится нулевой дифракционный максимум.
   Вторая пунктирная линия параллельна первой и изображена для того, чтобы отмерить от неё круглой стрелочкой угол наблюдения φ_m.
   Буквой m подписана точка на экране, в которой наблюдается дифракционный максимум номер m (m-ый дифракционный максимум), образованный лучами, идущими под углом наблюдения φ_m к направлению перпендикулярному плоскости решётки (обозначенному пунктирной линией на рисунке).
   b_m~- проекция вектора, проведённого от центра дифракционной картины до m-го главного дифракционного максимума на ось \mathrm{x}. Ось \mathrm{x} лежит в плоскости чертежа.
   L~- расстояние от дифракционной решётки до экрана.
5. Запишите формулу для периода дифракционной решётки, сделайте рисунок.
   d=\large \frac{l}{N};
   где d~- период дифракционной решётки,
   l~- её длина (смотри на рис. 149-а),
   N~- число щелей, приходящееся на длину l (например, на рис. 149-а N=6) (в реальных дифракционных решётках число щелей может быть значительно больше, например 10^4).
6. Запишите условие наблюдения главных максимумов при нормальном падении монохроматического света с длиной волны λ на дифракционную решётку с периодом d.⁴ Сделайте рисунок.
   При нормальном (нормальном падении, значит падении перпендикулярно плоскости решётки) падении монохроматического света на дифракционную решётку на экране будет наблюдаться главный максимум под углом наблюдения φ_m, если выполняется соотношение:
   d\cdot \sin{⁡φ_m}=m\cdot λ;
   где d~- период этой решётки,
   φ_m~- этот угол наблюдения (смотри рис. 149-б), (если мы рассмотрим лучи, идущие после прохождения решётки направо вниз (а не как на рисунке – направо вверх), то угол наблюдения φ_m будет отрицательным (так как он будет отмеряться по часовой стрелке от положительного направления оси, идущей перпендикулярно плоскости решётки от решётки к экрану)).
   m~- порядок (номер) этого главного дифракционного максимума (m может принимать целые значения: m=0,±1,±2,±3,…),
   λ~- длина волны света, идущего от решётки к экрану.
7. Что такое главный максимум при дифракции на дифракционной решётке?
   При дифракции на дифракционной решётке главный максимум это максимум получающийся при сложении волн идущих перпендикулярно плоскости решётки после прохождения решётки.
8. Запишите ещё две формулы, связывающие величины, изображённые на рис. 149-б.
   b_m=L\cdot \tan⁡{φ_m};
   \tan⁡{φ_m}≈\sin⁡{φ_m}≈φ_m~при~малом~угле~φ_m;
   (Чем меньше значения угла φ_m, тем точнее выполняются эти приближённые равенства. Эти приближённые равенства, конечно, выполняются не только для угла наблюдения дифракционного максимума, но и для любого угла, выраженного в радианах).
   где b_m~- проекция вектора, проведённого от центра дифракционной картины до m-го главного дифракционного максимума на ось \mathrm{x} (смотри рис. 149-б),
   L~- расстояние от дифракционной решётки до экрана,
   φ_m~- угол наблюдения (выраженный в радианах), под которым виден этот m-ый главный дифракционный максимум.

Сноски:

1. В разных источниках слышал по-разному – считается это дифракцией или нет… Надо разобраться.
2. Какие стороны?
3. Что такое штрих, в теме дифракционной решётки?
4. Иногда говорят о плоской падающей волне, надо ли здесь это уточнять?

Ссылки:

1. Эти же вопросы без ответов.
2. Следующая тема (Дисперсия света).
3. Предыдущая тема (Интерференция света).
4. Для комментариев, касающихся не только ЕГЭ по физике или этого сайта.