ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ДИФРАКЦИЯ СВЕТА ФИЗИКА, 11 КЛАСС Беляева Татьяна Васильевна, учитель физики МОУ «Высокоярская сош» Бакчарский район Томская область

Дифракция света Отклонение от прямолинейного распространения волн, огибание волнами препятствий называется дифракцией. Волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световых волн мала, поэтому дифракцию света наблюдать нелегко. Принцип Гюйгенса – Френеля: «Волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции»

Дифракционная решетка Дифракционная решетка – это совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. а – ширина прозрачных щелей b- ширина непрозрачных промежутков d = a + b; где d - период решетки d sinα = k λ, где к = 0,1,2,… С помощью дифракционной решетки можно проводить очень точные измерения длины волны

Поперечность световых волн В падающем от обычного источника пучке волн присутствуют колебания всевозможных направлений, перпендикулярных направлению распространения волн. Световая волна с колебаниями по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения, называется естественной.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА Кристалл турмалина обладает способностью пропускать световые волны с колебаниями, лежащими в одной определенной плоскости (поляризованный свет), следовательно он преобразует естественный свет в плоскополяризованный

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА В XIX в. было установлено, что световые волны возбуждаются движущимися в атомах заряженными частицами. Свет – поперечная волна

ЗАГАДКИ ПРИРОДЫ Многие жуки обладают радужными, переливчатыми панцирями, отражающими только свет с левой круговой поляризацией. Эти покровы состоят из хитиновых волокон, внедренных в белковую матрицу, и их строение очень походит на геликоидальные структуры, называемые холестерическими жидкими кристаллами. Все молекулы в таком кристалле, лежащие в одной плоскости, ориентированы в определенном направлении, а соседние плоскости слегка повернуты относительно друг друга (a) жук P. boucardi; (b)-(f) надкрылья жука при разном увеличении.

ЗАГАДКИ ПРИРОДЫ Исследователи из Великобритании использовали одного из таких жуков в качестве шаблона для производства перестраиваемых оптических диодов. Методами оптической и просвечивающей электронной микроскопии были изучены надкрылья жуков Plusiotic boucardi, окрашенных в зеленый цвет. Также была измерена интенсивность отраженного света в зависимости от длины волны. Было установлено, что панцирь жука отражает свет трех специфических длин волн – 519 нм (зеленый), 588 (оранжевый) и 620 (красный).

ЗАГАДКИ ПРИРОДЫ Известно, что перламутр состоит в основном из арагонита - хрупких кристаллов карбоната кальция, которые образуют слоистую структуру с толщиной слоев в пятьсот нанометров. Отражение света от этих слоев и заставляет перламутр играть всеми цветами радуги. К сожалению, ни один из известных способов исследования материалов пока не позволял как следует разобраться в этой сложной структуре.

ЗАГАДКИ ПРИРОДЫ Световые кристаллы являются материалами с повторяющейся структурой, которая по размерам похожа на длину волны света. Такая структура заставляет свет интерферировать с самим собой, таким образом, который позволяет ему распространяться только в определенном направлении и при определенных частотах. Ученые уже некоторое время знают о том, что окраска крыльев определенных типов бабочек создается из хитина в виде структур световых кристаллов, имеющих природное происхождение. Хитин – это полисахарид, который широко распространен у многих насекомых и животных. Так как от цвета поверхности зависит длина волны поглощаемого света, у бабочек окраске крыльев принадлежит важная роль в терморегуляции.

Почему небо голубое? Прямой солнечный свет (т. е. свет, исходящий непосредственно от солнечного диска), теряя за счет рассеяния в основном синие и фиолетовые лучи, приобретает слабый желтоватый оттенок, который усиливается при опускании Солнца к горизонту. Теперь лучам приходится проходить в атмосфере все больший и больший путь. На длинном пути потери коротковолновых, т. е. фиолетовых, синих, голубых, лучей становятся все более за­ метными, и в прямом свете Солнца или Луны до поверхности Земли доходят преимущественно длинноволновые лучи красные, оранжевые, желтые. Поэтому цвет Солнца и Луны становится сначала желтым, затем оранжевым и красным. Красный цвет Солнца и голубой цвет неба это два следствия одного и того же процесса рассеяния. В прямом свете, после того как он проходит сквозь толщу атмосферы, остаются преимущественно длинноволновые лучи (красное Солнце), в рассеянный свет попадают коротко­волновые лучи (голубое небо)

Решение задач 1. В некоторую точку пространства приходят световые пучки когерентного излучения с оптической разностью хода 6 мкм. Что произойдёт – усиление или ослабление света – в этой точке, если длина волны равна 500нм? 480нм? Дано: Найти: -? -? Решение: максимальное усиление и максимальное ослабление интенсивности света зависит от того, сколько раз укладывается полуволна на расстоянии, равном оптической разности хода лучей, т. е. =24 – чётное – максимальное усиление интенсивности света =25 – нечётное – максимальное ослабление света

Решение задач 2. Определить длину световой волны, если в дифракционном спектре её линия второго порядка совпадает с положением линии спектра третьего порядка световой волны =400нм. Дано: =2 =3 Найти: Решение: Так как максимумы третьего порядка волны 2 совпадает с максимумом второго порядка волны 1, то оптические разности хода волн одинаковы, следовательно

ТЕСТ Вариант I 1. Определите длину волны для линии в дифракционном спектре второго порядка, совпадающей с изображением линии спектра третьего порядка, у которого длина волны равна 400 нм. А. 600 нм, Б. 800 нм. В. 200 нм. 2. Определите оптическую разность хода волн длиной 540 нм, прошедших через дифракционную решетку и образовавших максимум второго порядка. А. 2,7 * 107м. Б, 10,8 * 107м В. 5,4 * 107м. 3. При каком условии более четко происходит выраженное огибание предмета волнами? А. Длина волны гораздо меньше размеров препятствий, Б. Длина волны равна размерам предмета. В. Длина волны соизмерима с линейными размерами предмета или больше их. Вариант II 1. Как изменится интерференционная картина, если увеличить расстояние между щелями? А. Станет более четкой. Б. Станет менее четкой. В. Не изменится. 2. Условие максимума в дифракционной картине, полученной с помощью решетки, В этой формуле выражение А. Разность хода волн до экрана. Б. Период решетки. В. Ширина максимума на экране. 3. Какова оптическая разность хода двух когерентных монохроматических волн в проходящем свете, падающих перпендикулярно на прозрачную пластинку, у которой абсолютный показатель равен 1,6, а геометрическая разность хода лучей равна 2 см? А. 0,8 см. Б. 3,2 см. В. 2 см. 4. Определите длину световой волны, если в дифракционном спектре максимум третьего порядка возникает при оптической разности хода волн 1,5мкм А. 4,5* 10-6м.Б.3*10-6. В. 0,5 *10- 6м.

4. Три дифракционные решетки имеют 150, 2100, 3150 штрихов на 1мм. Какая из них дает на экране более широкий спектр при прочих равных условиях? А1. Б. 2. В.3 5. Условие максимума в дифракционной картине, полученной с помощью решетки, В этой формуле (k) должно быть: А. Целым числом. Б. Четным числом. В. Нечетным числом. 6. Как изменится интерференционная картина, если уменьшить расстояние между щелями? А. Не изменится. Б. Станет менее четкой. В. Станет более четкой. 7. Как изменится расстояние между максимумами дифракционной картины при удалении экрана от решетки? А. Увеличится. Б. Уменьшится. В. Не изменится. 5. При помощи дифракционной решетки получили интерференционные полосы, пользуясь красным светом. Как изменится картина интерференционных полос, если воспользоваться фиолетовым светом? А. Расположение полос не изменится. Б. Полосы будут расположены ближе друг к другу. В. Полосы будут расположены дальше друг от друга. 6. Почему частицы размером 0,3 мкм в микроскопе неразличимы? А. так как увеличение микроскопа недостаточно. Б. Так как вся энергия света поглощается частицами. В. Так как свет огибает такие частицы. 7. Спектр, у которого ширина цветных полос примерно одинакова, называют: А. Дифракционным. Б. Призматическим. В. Сплошным

Ответы: I А Б В В Л В В II Б А Б В Б В А

ml