Дифракция на щели. Дифракционная решетка.

Если на пути параллельного пучка монохроматического света установить тонкую нить, щель или дифракционную решетку, то на экране будет наблюдаться дифракционная картина в виде чередующихся максимумов и минимумов интенсивности света (рис.16.12).

Углы j, под которыми наблюдаются минимумы интенсивности вторичных волн от щели или нити, удовлетворяют условию минимума для щели (нити):

b sinj = ± kl , k = 1, 2, 3 .... (16.10)

Углы j, под которыми наблюдаются максимумы интенсивности вторичных волн от щели или нити удовлетворяют условию максимума для щели (нити):

b sinj = ± (k + 1/2)l , k = 1, 2, 3... (16.11)

где b - ширина щели или толщина нити; l - длина волны света; k – порядок максимума.

Под углом j = 0 наблюдается центральный максимум (все вторичные волны приходят в точку О на экране, имея одинаковую фазу).

Если на щель падает белый свет, то центральный максимум будет белым (условие максимума выполняется для всех длин волн); максимумы 1-го, 2-го и т.д. порядков будут иметь радужную окраску, поскольку для разных длин волн наблюдаются под разными угламиj.

Простейшая оптическая дифракционная решетка представляет собой совокупность параллельных прозрачных щелей. Расстояние d между серединами соседних щелей называются периодом дифракционной решетки. В случае нормального падения света на дифракционную решетку углы j, под которыми наблюдаются дифракционные максимумы, удовлетворяют условию максимума:

d sin j = kl , k = 1, 2, 3 ... (16.12)

Рис. 16.12

где k - порядок максимума. Эти максимумы называются главными максимумами. Под углом j = 0 (k=0) наблюдается центральный максимум. Все длины волн удовлетворяют условию максимума при k = 0, поэтому при наблюдении дифракции в белом свете центральный максимум будет белым, все остальные будут иметь радужную окраску. Главные максимумы соответствуют таким направлениям распространения вторичных волн, для которых вторичные волны от соседних щелей усиливают друг друга при наложении, т.е. накладываются с одинаковой фазой.

Дифракционную решетку можно использовать как спектральный прибор. Главные максимумы одного и того же порядка для различных длин волн излучения имеют разные координаты на экране (видны под разными углами j). Проградуировав шкалу экрана в длинах волн, можно определить спектральный состав излучения.

[2]. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений.- М.: «Просвещение», 2009 и др. Главы 8,10.

Тема 17. (2 часа)

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА И ЭЛЕМЕНТЫ АСТРОФИЗИКИ. Гипотеза Планка о квантах.Фотоэффект. Фотон. Гипотеза де-Бройля о волновых свойствах частиц. Корпускулярно-волновой дуализм. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

В конце 19 века, начале 20 века был сделан ряд открытий, которые классическая физика, основываясь на своих законах и концепциях, не могла объяснить. Перечислим главные трудности классической физики.

1. Не удалось объяснить, почему спектр излучения атомов вещества является не сплошным, а дискретным, т.е. состоящим из отдельных длин волн.

2. Классическая физика не могла объяснить, почему атомы вещества стабильны, почему электроны атомов не излучают электромагнитные волны, двигаясь с центростремительным ускорением вокруг ядра атома.

3. Классическая физика не могла объяснить закономерности распределения энергии в спектрах излучения нагретых тел.

4. Волновая оптика не могла объяснить закономерности внешнего фотоэффекта, эффекта Комптона.

5. Классическая физика не могла объяснить закономерности поведения микрочастиц, частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света.

Этот период был назван как кризис классической физики. Преодоление этого кризиса сопровождалось возникновением: 1)новых представлений о свойствах пространства и времени (специальная теория относительности или СТО, см. [2], глава 9); 2)законов движения частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света (релятивистская динамика, см. [2], глава 9,§79); 3) квантовой оптики; 4) квантовой механики.

Сформировалась современная физика, законы которой базируются на квантовых представлениях, поэтому называется она квантовой физикой.