Дифракционная решетка
Цель урока: формировать понятие о дифракционной решетке, которая представляет собой оптический прибор, состоящий из множества щелей на минимальном расстоянии друг от друга; разлагает свет в спектр, с ее помощью можно измерять длины световых волн.
Ход урока
1. Проверка домашнего задания методом выполнения самостоятельной работы
Вариант – 1
1. Солнечный луч падает на поверхность воды. Найти углы падения и преломления, если угол отражения 30⁰.
2. Постройте изображение
d= 2F. Дайте характеристику, полученному изображению.
3. Сделайте чертеж и дайте объяснение опыта Юнга.
Вариант – 2
1. Солнечный луч падает на стеклянную поверхность. Каков угол падения, если угол преломления 45⁰?
2. Постройте изображение в собирающей линзе, если расстояние от предмета до линзы меньше фокусного расстояния, d Дайте характеристику, полученному изображению.
3. Сделайте чертеж и дайте объяснение теории Френеля.
Изучение нового материала
1. Границы применимости геометрической оптики.
Процессы, происходящие в природе, отражаются во всех теориях, весьма, приближенно.
Определенные границы применимости существуют для каждой теории. Если точность при решении, поставленной задачи теория обеспечивает, то ее можно использовать.
Геометрическая оптика тоже является наукой, приближенной; она не может объяснить интерференцию и дифракцию волновых процессов. Более точной является волновая оптика. Но совершенно точно законы геометрической оптики не выполняются никогда.
2. Разрешающая способность микроскопа и телескопа.
При наблюдении в микроскоп, волновая природа света налагает предел на различение деталей предмета. Так как свет огибает препятствия, а не распространяется прямолинейно, то получить отчетливые изображения мелких предметов невозможно. Если размеры предметов меньше длины световой волны, то изображения получаются «размытыми».
Из – за дифракции волн у края оправы объектива телескопа изображением звезды будет не точка, а темные и светлые кольца. Иногда астрономы, наблюдают звезды, находящиеся на малом угловом расстоянии друг от друга и глаз не может различить, сколько светящихся источников света он видит.
3. Дифракционная решетка.
Совокупность узких щелей и непрозрачных промежутков, нанесенных на стеклянную пластинку (с помощью делительной машины) называют дифракционной решеткой.
На 1 мм наносят по нескольку тысяч непрозрачных штрихов, а их общее число достигает 100000 штрихов. Самыми хорошими считаются отражательные решетки – это чередующиеся участки, рассеивающие свет и отражающие его.
Рассмотрим простую теорию дифракционной решетки.
Периодом решетки называется ширина прозрачных щелей (отражающих полос) плюс ширина непрозрачных промежутков: d = a + b. Волна, падающая на решетку, является плоской и монохроматической. Как же волны, идущие от щелей, усиливают друг друга.
Угол φ – определяет направление распространение волны.
Отрезок АС – разность хода между волнами. Если на этом отрезке укладывается целое число длин волн, то волны, складываясь, усиливают друг друга.
Рассмотрим ΔАВС из которого можно найти катет АС: АС = АВ QUOTE 
= d QUOTE .
Условие, которое определяет максимумы для волн, идущих под углом φ:
d QUOTE 
где k – 0, 1, 2…
За решеткой расположена собирающая линза и в ее фокусе – экран. Идущие параллельно лучи линза собирает в фокусе, здесь и происходит взаимное усиление волн. Значит, угол φ – определяет положение максимумов на экране.
Решетка разлагает белый свет в спектр, так как положение максимумов зависит от длины волны.
Расположение максимумов зависит от длины световой волны.
Между максимумами расположены минимумы освещенности. От числа щелей зависит резкость очертаний максимумов. Большая часть энергии света, падающего на решетку, перераспределяется ею, и попадает на максимумы, незначительная часть световой энергии приходится на минимумы.
Длина волны света с помощью дифракционной решетки определяется с большой степенью точности. Грубую дифракционную решетку напоминают ресницы глаза.
Закрепление изученного материала
1. Что собой представляет дифракционная решетка?
2. Какой тип решеток обладает наилучшими качествами?
3. Что называется периодом решетки?
4. Записать условие максимумов.
5. Какие измерения можно делать с помощью дифракционной решетки?
6. Какая разница между дифракционными и дисперсионными спектрами?
Подведем итоги урока.
Домашнее задание: § 71, 72, № 1096, 1097.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)