우리의 건강 

빛의 회절의 예는 다음과 같다. 빛의 회절 현상에 대한 연구. 빛의 회절은 어떻게 나타 납니까?

정의

회절- 파도로 장애물 주위를 구부립니다.

빛은 파동의 집합이기 때문에 다른 파동과 마찬가지로 회절을 겪습니다. 그러나 빛의 길이는 매우 작기 때문에 장애물의 크기가 파장과 비슷할 경우, 즉 매우 작은 경우에만 감지할 수 있는 각도만큼 직선 전파에서 벗어날 수 있습니다.

광 회절의 보다 일반적인 정의는 다음과 같습니다. 빛 회절은 빛의 파동 특성과 관련된 현상의 집합으로, 불균일성이 뚜렷한 물질에서 전파될 때 관찰할 수 있습니다. 빛의 회절 현상을 보여주는 실험은 불투명 스크린의 구멍을 통과할 때 빛이 직선 전파에서 벗어나 불투명 물체의 경계를 따라 구부러지는 현상입니다.

회절 문제를 고려할 때 파동 방정식의 엄격한 해법은 다소 복잡한 문제입니다. 따라서 근사해 풀이 방법이 자주 사용됩니다.

회절 현상은 기하광학 법칙의 적용 가능성을 제한하고 광학 기기의 분해능 한계를 결정합니다.

프레넬 이론

O. 프레넬(O. Fresnel)은 호이겐스 원리를 2차 파동 개념으로 보완하고 정량적 회절 이론을 구축했습니다. 그는 회절의 다양한 변형을 실험적으로 조사하고 광파가 장애물을 통과할 때 발생하는 회절 패턴을 정량적으로 특성화할 수 있는 정량적 이론을 창안했습니다. 프레넬 이론의 기초는 임의의 순간에 파동 표면이 2차 파동의 포락선일 뿐만 아니라 그 간섭의 결과라는 입장이었습니다. 이 입장을 호이겐스-프레넬 원리라고 합니다.

프레넬의 이론에 따르면 공간의 임의 지점에서 광파의 진폭을 계산하려면 이론적으로 광원을 닫힌 표면으로 둘러싸야 합니다. 결과 표면에 있는 2차 소스의 파동 중첩에 따라 연구 중인 우주 지점의 진폭이 결정됩니다. 즉, 가상 표면 외부에서 실제로 전파되는 파동은 간섭하는 일련의 응집성 가상 2차 파동으로 대체될 수 있습니다.

축 대칭을 갖는 일부 회절 문제에서 2차 파동의 간섭 계산은 파면이 섹션(링)으로 분할되는 기하학적 방법을 사용하여 단순화됩니다. 이러한 영역을 프레넬 영역이라고 합니다. 구역으로 나누는 절차는 인접한 구역의 각 쌍에서 유사한 경계로부터 고려 지점까지의 광 경로 차이가 파장의 절반과 같도록 수행됩니다. 이 경우 한 쌍의 이웃 영역의 유사한 지점에서 발생하는 2차 파동이 반대 위상을 가지므로 고려 지점에 도달하므로 중첩되면 서로 약해집니다.

프레넬 영역 번호 n()의 반경은 다음과 같습니다.

여기서 a는 광원에서 불투명 스크린의 구멍까지의 거리입니다. b는 구멍에서 관측점까지의 거리이다.

회절 격자

회절 격자 장치는 회절 현상을 기반으로 합니다. 좁은 불투명 틈을 분리하는 좁은 슬릿의 모음입니다. 회절 격자를 사용할 때 발생하는 회절 스펙트럼의 최대값을 향할 때 얻은 각도 값()은 다음 식으로 결정됩니다.

여기서 d는 격자 기간입니다. 회절 격자의 도움으로 백색광은 스펙트럼으로 분해됩니다. 빛의 파장을 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

문제 해결의 예

실시예 1

운동 구멍이 세 개의 프레넬 영역을 드러낸다면 구멍에서 관찰 지점(b)까지의 거리는 얼마입니까? 이 경우 점광원은 반경 1mm(그림 1), m의 둥근 구멍이 있는 다이어프램까지 거리 a=1m에 위치합니다.


해결책 직각삼각형 SCB를 고려해보세요. 그를 위해:

동시에, 빛의 파장()이 거리 a 및 보다 훨씬 작다는 것이 분명합니다. 다른 삼각형(BCA)의 경우 다음과 같습니다.

식 (1.1)과 (1.2)의 올바른 부분을 동일시하고 다음을 고려하십시오.

x 대신에 식 (1.3)의 우변을 식 (1.1)에 대입하면 다음과 같은 결과를 얻습니다.

와 비교하면 그 값은 무시될 수 있다. 다음과 같이 간주될 수 있습니다.

(1.5)에서 원하는 값 b를 표현하면 다음과 같습니다.

계산을 해보자:
답변 중

실시예 2

운동 단색파는 일반적으로 주기가 m인 회절 격자에 떨어지며, 이는 1차와 2차 스펙트럼 사이의 각도가 이면 파장과 같습니다.
해결책 문제를 해결하기 위한 기초로 회절 격자 스펙트럼의 최대값에 대한 조건을 사용합니다.

1차와 2차 스펙트럼을 고려하고 있으므로 공식 (2.1)은 다음과 같은 표현을 제공합니다.

정의 1

빛의 회절은 장애물 근처를 통과할 때 빛이 직선 진행 방향에서 벗어나는 현상입니다.

고전 물리학에서는 회절 현상을 호이겐스-프레넬 원리에 따라 파동 간섭으로 설명합니다. 이러한 특징적인 행동 패턴은 파동이 파장과 크기가 비슷한 장애물이나 간격을 만날 때 나타납니다. 광파가 굴절률이 변화하는 매질을 통과할 때나 음파가 음향 임피던스가 변화하는 매질을 통과할 때 비슷한 효과가 발생합니다. 회절은 음파, 바람파, 전자기파는 물론 가시광선, 엑스레이, 전파 등 모든 종류의 파동에서 발생합니다.

물리적인 물체는 (원자 수준에서) 파동 특성을 가지므로 물질에서도 회절이 발생하며 양자 역학의 원리에 따라 연구할 수 있습니다.

예

회절 효과는 일상 생활에서 자주 접할 수 있습니다. 회절의 가장 눈에 띄는 예는 빛과 관련된 것입니다. 예를 들어, CD나 DVD의 간격이 촘촘한 트랙은 회절 격자 역할을 합니다. 작은 입자들로 이루어진 대기에서의 회절은 태양이나 달과 같은 밝은 광원 근처에서 볼 수 있는 밝은 고리를 초래할 수 있습니다. 레이저 빔이 광학적으로 고르지 않은 표면에 닿을 때 발생하는 얼룩도 회절입니다. 이러한 모든 효과는 빛이 파동으로 이동한다는 사실의 결과입니다.

비고 1

회절은 모든 종류의 파동에서 발생할 수 있습니다.

파도는 부두와 기타 장애물 주위로 흩어집니다. 음파는 물체 주변에서 굴절될 수 있으므로 누군가가 나무 뒤에 숨어 있을 때에도 누군가가 부르는 소리를 들을 수 있습니다.

이야기

빛의 회절 효과는 회절이라는 용어를 창안한 프란체스코 마리아 그리말디(Francesco Maria Grimaldi) 시대에도 잘 알려져 있었습니다. Grimaldi가 얻은 결과는 사후 $1665에 출판되었습니다. Thomas Young은 1803년에 유명한 실험을 수행하여 밀접하게 간격을 둔 두 슬릿의 간섭을 입증했습니다. 두 개의 서로 다른 슬릿에서 발생하는 파동의 간섭을 통해 자신의 결과를 설명하면서 그는 빛이 파동의 형태로 전파되어야 한다고 결론지었습니다. 프레넬은 회절에 대한 더 정확한 연구와 계산을 하여 $1815$에 발표했습니다. 그의 이론의 기초로서 프레넬은 크리스티앙 호이겐스(Christian Huygens)가 개발한 빛의 정의를 사용하여 2차 파동의 간섭 아이디어를 보완했습니다. 프레넬 이론의 실험적 확인은 빛의 파동성을 보여주는 주요 증거 중 하나가 되었습니다. 이 이론은 현재 Huygens-Fresnel 원리로 알려져 있습니다.

빛의 회절

슬릿 회절

빛에 의해 조명되는 극소 폭의 긴 슬릿은 빛을 일련의 원형 파동으로 굴절시키고 슬릿에서 나오는 파면으로 균일한 강도의 원통형 파동을 생성합니다. 파장보다 넓은 슬릿은 슬릿 출구의 공간에 간섭 효과를 생성합니다. 이는 슬릿이 마치 슬릿의 전체 폭에 걸쳐 고르게 분포되어 있는 많은 수의 점 광원을 가지고 있는 것처럼 동작한다는 사실로 설명할 수 있습니다. 한 파장의 빛을 고려하면 이 시스템의 분석이 단순화됩니다. 입사광이 일관성이 있는 경우 이러한 광원은 모두 동일한 위상을 갖습니다.

회절 격자

회절 격자는 빛을 여러 방향으로 전파하는 여러 광선으로 분할하고 회절시키는 주기적인 구조를 가진 광학 부품입니다.

격자에 의해 회절된 빛은 각 요소에서 회절된 빛을 합산하여 결정되며 본질적으로 회절 패턴과 간섭 패턴의 컨볼루션입니다.

엘3 -4

빛의 회절

회절은 경로에서 만나는 장애물 주변의 파동 굴곡이라고 불리며 더 넓은 의미에서는 기하학적 광학 법칙에서 장애물 근처의 파동 전파 편차를 말합니다. 회절로 인해 파동은 기하학적 그림자 영역으로 들어가고, 장애물을 피하고, 스크린의 작은 구멍을 통과하는 등의 작업을 할 수 있습니다.

간섭과 회절 사이에는 물리적으로 큰 차이가 없습니다. 두 현상 모두 파동의 중첩(중첩)으로 인한 광속의 재분배로 구성됩니다. 역사적인 이유로, 응집성 파동의 중첩으로 인한 광선 독립 법칙의 편차를 일반적으로 파동 간섭이라고 합니다. 빛의 직선 전파 법칙에서 벗어나는 것을 파동 회절이라고합니다.

회절의 관찰은 일반적으로 다음 계획에 따라 수행됩니다. 어떤 소스에서 전파되는 광파의 경로에 불투명 장벽이 배치되어 광파의 파면 일부를 덮습니다. 장벽 뒤에는 회절 패턴이 나타나는 화면이 있습니다.

회절에는 두 가지 유형이 있습니다. 광원의 경우 에스그리고 관찰 포인트 피장애물에 입사하는 광선과 그 지점으로 가는 광선이 장애물로부터 너무 멀리 떨어져 있음 피, 거의 평행한 빔을 형성합니다. 평행 광선의 회절또는 대략 프라운호퍼 회절. 그렇지 않으면 이야기해 보세요. 프레넬 회절. 프라운호퍼 회절은 광원 뒤에 놓아 관찰할 수 있습니다. 에스그리고 전망대 앞 피렌즈를 따라 포인트가 되도록 에스그리고 피해당 렌즈의 초점면에 있었습니다(그림).

기본적으로 프라운호퍼 회절은 프레넬 회절과 다르지 않습니다. 어떤 종류의 회절이 일어나는지 확인하는 정량적 기준은 무차원 매개변수의 값에 의해 결정됩니다. 비는 장애물의 특징적인 크기이며, 엘는 회절 패턴이 관찰되는 화면과 장애물 사이의 거리이고, 는 파장입니다. 만약에

파동이 도달하는 각 지점이 2차 파동의 중심이 되고, 이 파동의 포락선이 다음 순간의 파면 위치를 설정한다는 호이겐스 원리를 사용하여 회절 현상을 정성적으로 설명합니다. 단색파의 경우 파면은 동일한 위상에서 진동이 발생하는 표면입니다.

평면파가 일반적으로 불투명 스크린의 구멍에 떨어진다고 가정합니다(그림). 호이겐스(Huygens)에 따르면 구멍으로 구분되는 파면 단면의 각 지점은 2차 파동의 소스 역할을 합니다(등방성 매질에서는 구형입니다). 특정 시간 동안 2차 파동의 엔벨로프를 구성한 후 파동 전면이 기하학적 그림자 영역으로 들어가는 것을 볼 수 있습니다. 구멍 가장자리를 감싸줍니다.

호이겐스의 원리는 파면의 전파 방향 문제만 해결하지만 진폭 및 결과적으로 파면의 강도 문제에는 영향을 미치지 않습니다. 일상적인 경험을 통해 많은 경우 광선이 직선 전파에서 벗어나지 않는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 점광원에 의해 조명된 물체는 선명한 그림자를 제공합니다. 따라서 호이겐스 원리를 보완해야 파동의 세기를 결정할 수 있다.

프레넬은 호이겐스의 원리를 2차 파동의 간섭이라는 아이디어로 보완했습니다. 에 따르면 호이겐스-프레넬 원리, 어떤 소스에 의해 자극된 광파 에스는 소스를 둘러싸는 일부 폐쇄 표면의 작은 요소에 의해 방출되는 응집성 2차 파동의 중첩 결과로 표시될 수 있습니다. 에스. 일반적으로 파동 표면 중 하나가 이 표면으로 선택되므로 2차 파동의 소스가 동위상으로 작용합니다. 분석 형식에서 포인트 소스의 경우 이 원칙은 다음과 같이 작성됩니다.

, (1) 여기서 이자형시간 의존성을 포함하는 광 벡터입니다.
, 케이파수는, 아르 자형- 지점으로부터의 거리 피 표면적으로 에스요점까지 피, 케이- 소스와 포인트에 대한 사이트의 방향에 따른 계수 피. 식 (1)의 타당성과 함수의 형태 케이빛의 전자기 이론의 틀 내에서 (광학적 근사에서) 확립되었습니다.

소스 사이에 있는 경우 에스그리고 관찰 포인트 피구멍이 있는 불투명 스크린이 있는 경우 이러한 스크린의 효과는 다음과 같이 고려할 수 있습니다. 불투명 스크린 표면에서는 2차 소스의 진폭이 0으로 가정됩니다. 홀 영역에서 소스의 진폭은 스크린이 없을 때와 동일합니다(소위 Kirchhoff 근사).

프레넬 존 방법. 2차 파동의 진폭과 위상을 설명하면 원칙적으로 공간의 어느 지점에서든 결과 파동의 진폭을 찾고 빛 전파 문제를 해결할 수 있습니다. 일반적인 경우, 식(1)에 따른 2차 파동의 간섭 계산은 다소 복잡하고 번거롭다. 그러나 복잡한 계산을 대체하는 극도로 시각적인 기술을 적용하면 여러 가지 문제를 해결할 수 있습니다. 이 방법을 메소드라고 합니다. 프레넬 존.

점광원의 예를 들어 방법의 본질을 분석해보겠습니다. 에스. 이 경우 파동 표면은 다음을 중심으로 하는 동심 구입니다. 에스. 그림에 표시된 파면을 환형 구역으로 나누어 각 구역의 가장자리에서 지점까지의 거리를 구성해 보겠습니다. 피다르다
. 이 속성을 가진 영역을 호출합니다. 프레넬 존. 그림에서. 거리가 멀다는 것을 알 수 있다 바깥쪽 가장자리에서 중- 지점까지의 구역 피같음

, 어디 비파도 표면의 꼭대기로부터의 거리이다 영형요점까지 피.

진동이 정점에 도달함 피두 개의 인접한 영역의 유사한 지점(예: 영역의 중간 또는 영역의 외부 가장자리에 있는 지점)은 역위상에 있습니다. 따라서 인접한 구역의 진동은 서로를 감쇠시키고 해당 지점에서 발생하는 빛 진동의 진폭을 감소시킵니다. 피

, (2) 여기서 , , …은 첫 번째, 두 번째, … 구역에 의해 여기되는 진동의 진폭입니다.

진동 진폭을 추정하기 위해 프레넬 영역의 영역을 찾습니다. 바깥쪽 테두리를 보자 중-번째 구역은 파도 표면의 구형 높이 세그먼트를 선택합니다. . 이 세그먼트의 영역을 다음을 통해 나타냅니다. , 찾아보세요, 지역 중프레넬 영역은 다음과 같습니다.
. 이라는 그림을 보면 알 수 있다. 간단한 변환 후 고려
그리고
, 우리는 얻는다

. 구형 세그먼트 영역 및 영역 중프레넬 영역은 각각 다음과 같습니다.

,
. (3) 따라서 너무 크지 않은 경우 중프레넬 존의 면적은 동일합니다. 프레넬의 가정에 따르면, 한 지점에서 개별 구역의 작용은 피각도가 작을수록 커집니다. 보통 사이 N 영역의 표면과 방향 피, 즉. 영역의 작용은 중앙에서 주변으로 점차 감소합니다. 또한, 점 방향의 방사선 강도 피성장에 따라 감소 중그리고 구역에서 지점까지의 거리가 증가하기 때문에 피. 따라서 진동 진폭은 단조롭게 감소하는 시퀀스를 형성합니다.

반구에 맞는 프레넬 영역의 총 개수는 매우 많습니다. 예를 들어, 언제
그리고
구역 수가 ~10 6 에 도달했습니다. 이는 진폭이 매우 느리게 감소한다는 것을 의미하므로 대략적으로 다음을 고려할 수 있습니다.

. (4) 그러면 재배열 후의 식 (2)가 정리된다.

, (5) (4)에 따르면 괄호 안의 표현은 0과 같고 마지막 항의 기여도는 무시할 수 있기 때문입니다. 따라서 임의의 지점에서 발생하는 진동의 진폭은 피말하자면 중앙 프레넬 구역의 절반 작용에 의해 결정됩니다.

너무 크지 않을 때 중세그먼트 높이
, 그래서 우리는 다음과 같이 가정할 수 있습니다
. 값을 다음으로 대체 , 우리는 외부 경계의 반경을 얻습니다. 중번째 구역

. (6) 언제
그리고
첫 번째(중앙) 구역의 반경
. 그러므로 빛의 전파는 에스에게 피마치 광속이 매우 좁은 채널 내부로 들어간 것처럼 발생합니다. SP, 즉. 똑바로.

파면을 프레넬 구역으로 나누는 것이 정당하다는 것이 실험적으로 확인되었습니다. 이를 위해 존 플레이트가 사용됩니다. 가장 간단한 경우에는 지정된 구성의 프레넬 존 반경을 갖는 투명 및 불투명 동심 링이 교대로 반복되는 시스템으로 구성된 유리 플레이트입니다. 존 플레이트를 엄격하게 정의된 장소(멀리 떨어진 곳에 배치하는 경우) ㅏ점 소스와 멀리서 비관찰 시점에서) 결과 진폭은 완전히 열린 파면보다 더 커질 것입니다.

원형 구멍에 의한 프레넬 회절.프레넬 회절은 회절을 일으킨 장애물(이 경우 구멍이 있는 스크린)로부터 유한한 거리에서 관찰됩니다. 점 음원에서 전파되는 구형파 에스, 도중에 구멍이 있는 스크린을 만났습니다. 회절 패턴은 구멍이 있는 스크린과 평행한 스크린에서 관찰됩니다. 그 모양은 구멍과 스크린 사이의 거리에 따라 달라집니다(주어진 구멍 직경에 대해). 그림 중앙에서 빛 진동의 진폭을 결정하는 것이 더 쉽습니다. 이를 위해 파동 표면의 열린 부분을 프레넬 구역으로 나눕니다. 모든 영역에서 여기되는 진동 진폭은 다음과 같습니다.

, (7) 여기서 더하기 기호는 홀수에 해당합니다. 중그리고 마이너스 - 짝수 중.

구멍이 홀수 개의 프레넬 영역을 열면 중앙 지점의 진폭(강도)은 파동이 자유롭게 전파될 때보다 커집니다. 그렇더라도 진폭(강도)은 0과 같습니다. 예를 들어 구멍이 하나의 프레넬 영역을 열면 진폭은
, 강도(
) 4배 더 많습니다.

해당 프레넬 영역이 불투명한 화면에 부분적으로 겹치기 때문에 화면의 축외 섹션에서 진동 진폭을 계산하는 것은 더 복잡합니다. 회절 패턴은 공통 중심을 가지고 어둡고 밝은 고리가 교대로 나타나는 형태를 가질 것이라는 것이 질적으로 분명합니다(만일 중그래도 중앙에 어두운 고리가 생길 것입니다. 중홀수 - 밝은 점), 최대값의 강도는 사진 중심에서 멀어짐에 따라 감소합니다. 구멍이 단색광이 아닌 백색광으로 조명되면 링에 색상이 지정됩니다.

극한 사례를 고려해 봅시다. 구멍이 중앙 프레넬 영역의 일부만 드러내는 경우 화면에 확산된 밝은 점이 나타납니다. 이 경우 밝은 고리와 어두운 고리의 교대는 발생하지 않습니다. 구멍이 많은 수의 영역을 열면
중앙의 진폭
, 즉. 완전히 열린 파면과 동일합니다. 밝은 고리와 어두운 고리의 교대는 기하학적 그림자 경계의 매우 좁은 영역에서만 발생합니다. 실제로 회절 패턴은 관찰되지 않으며 빛의 전파는 실제로 직선적입니다.

디스크의 프레넬 회절.점 음원에서 전파되는 구형파 에스, 도중에 디스크를 만났습니다(그림). 화면에서 관찰되는 회절 패턴은 중앙 대칭입니다. 중앙의 빛 진동의 진폭을 결정합시다. 디스크를 닫아주세요 중최초의 프레넬 존. 그러면 진동 진폭은 다음과 같습니다.

또는
, (8) 괄호 안의 표현식은 0과 같기 때문입니다. 결과적으로, 회절 최대값(밝은 점)은 항상 중앙에서 관찰되며, 이는 첫 번째 열린 프레넬 영역 작용의 절반에 해당합니다. 중앙 최대값은 동심원을 이루는 어둡고 밝은 고리로 둘러싸여 있습니다. 폐쇄 구역 수가 적으면 진폭이
와는 조금 다르다 . 따라서 중앙의 강도는 디스크가 없을 때와 거의 동일합니다. 그림 중앙으로부터의 거리에 따른 화면 조명의 변화는 그림 1에 나와 있습니다.

극한 사례를 고려해 봅시다. 디스크가 중앙 프레넬 영역의 작은 부분만 덮는 경우 그림자가 전혀 드리워지지 않습니다. 화면 조명은 디스크가 없을 때와 마찬가지로 모든 곳에서 동일하게 유지됩니다. 디스크가 많은 프레넬 영역을 덮는 경우 밝은 고리와 어두운 고리의 교대는 기하학적 그림자 경계의 좁은 영역에서만 관찰됩니다. 이 경우
, 중앙에 밝은 점이 없고 기하학적 그림자 영역의 조명은 거의 모든 곳에서 0과 같습니다. 실제로 회절무늬는 관찰되지 않고, 빛의 전파는 직선적이다.

단일 슬릿에서의 프라운호퍼 회절.폭이 좁은 슬릿의 평면에 수직으로 평면 단색파를 입사시킨다. ㅏ. 특정 방향으로 슬롯에서 나오는 극광선 간의 광학 경로 차이 

.

슬롯 평면에서 파동 표면의 열린 부분을 슬롯에 평행한 동일한 크기의 밴드 형태를 갖는 프레넬 구역으로 나누겠습니다. 각 구역의 너비는 이들 구역의 가장자리로부터의 경로 차이가 다음과 같도록 선택됩니다.
, 그러면 슬롯의 너비가 맞을 것입니다
구역. 슬롯 평면에서 2차 파동의 진폭은 프레넬 영역이 동일한 면적을 갖고 관찰 방향으로 동일하게 기울어져 있기 때문에 동일합니다. 인접한 프레넬 영역 쌍의 진동 위상은 만큼 다르므로 이러한 진동의 총 진폭은 0과 같습니다.

프레넬 존의 개수가 짝수이면

, (9a) 그리고 그 지점에서 비최소한의 조명(어두운 영역)이 있지만 프레넬 존의 수가 홀수라면

(9b) 보상되지 않은 하나의 프레넬 영역의 동작에 해당하는 최대값에 가까운 조명이 관찰됩니다. 방향으로
슬릿은 단일 프레넬 영역으로 작용하며 이 방향에서 가장 큰 조명이 관찰됩니다. 중앙 또는 주 조명 최대값에 해당합니다.

방향에 따른 조명 계산은 다음과 같습니다.

, (10) 여기서 는 회절 패턴 중앙(렌즈 중심 반대)의 조명입니다. - 위치가  방향에 의해 결정되는 지점의 조명. 함수 (10)의 그래프가 그림에 나와 있습니다. 조도 최대값은 조건을 만족하는  값에 해당합니다.

,
,
등. 최대값에 대한 이러한 조건 대신에 각도의 가까운 값을 제공하는 관계식 (9b)를 대략적으로 사용할 수 있습니다. 2차 최대값의 크기가 급격히 감소합니다. 주 최대값과 후속 최대값의 강도 수치는 다음과 같이 관련됩니다.

등, 즉 슬릿을 통해 전달되는 대부분의 빛 에너지는 주 최대값에 집중됩니다.

슬릿이 좁아지면 중앙 최대값이 퍼지고 조명이 감소합니다. 반대로 슬릿이 넓을수록 사진은 밝아지지만 회절 무늬는 더 좁아지고 무늬 자체의 개수는 많아집니다. ~에
중앙에서는 광원의 선명한 이미지가 얻어집니다. 빛은 직선으로 전파됩니다.

안건:물리학

수업: 11개 수업.

주제:빛의 회절

주요 질문:빛이 장애물 주위로 휘어질 수 있고 어떻게 이런 일이 일어날까요?

가설:

빛은 직선으로 이동하므로 장애물을 우회할 수 없습니다.

목표:

회절의 예와 발생 조건의 식별 및 기하 광학 법칙의 적용에 부과되는 제한 사항을 사용하여 빛 현상을 연구합니다.

작업:

  1. 회절 현상, 발생 조건 및 기하 광학 법칙의 적용에 제한을 가하는 조건을 이론으로부터 연구합니다.
  2. 회절 현상을 명확하게 보여주거나 설명하는 실험을 수행합니다.

단계:

  1. 인터넷에서 이론과 정보를 알아보세요.
  2. 물리학 교사와 상담을 진행하고 이전에 인터넷에서 발견한 실험 영상을 분석해 보세요.
  3. 자신만의 실험을 수행하십시오(종이, 핀 및 CD를 사용하여 실험).
  4. 결과를 분석하십시오.
  5. 결론을 짓다.

과학 문헌 연구 결과

회절빛은 장애물 근처를 통과할 때 빛이 직선 전파 방향에서 벗어나는 현상이라고 합니다.

경험에 따르면 특정 조건에서 빛은 기하학적 그림자 영역에 들어갈 수 있습니다.

평행한 광선의 경로에 둥근 장애물(둥근 디스크, 공 또는 불투명 스크린의 둥근 구멍)이 있으면 장애물로부터 충분히 먼 거리에 있는 스크린에 회절 패턴이 나타납니다. 밝은 고리와 어두운 고리가 번갈아 나타나는 시스템.

장애물이 선형(슬릿, 실, 스크린 가장자리)인 경우 평행 회절 줄무늬 시스템이 스크린에 나타납니다.

회절 현상은 뉴턴 시대에도 잘 알려져 있었지만, 빛의 미립자 이론으로는 설명이 불가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 파동 개념에 기초한 회절 현상에 대한 최초의 질적 설명은 영국 과학자 T. Jung에 의해 제공되었습니다.

회절 현상은 기하광학 법칙의 적용을 제한합니다.

빛의 직선 전파 법칙, 빛의 반사 및 굴절 법칙은 장애물의 크기가 빛의 파장보다 훨씬 큰 경우에만 정확하게 충족됩니다.

회절은 광학 기기의 해상도에 제한을 둡니다.

- 현미경으로 아주 작은 물체를 관찰할 때 상이 흐릿하게 보입니다.
- 망원경으로 별을 관찰하면 점의 이미지 대신 밝고 어두운 줄무늬 시스템이 나타납니다.

실험 설정:
종이를 이용한 경험

검은 종이에 있는 둥근 구멍에서도 빛의 회절을 볼 수 있습니다.
예를 들어 홀 펀치를 사용하여 큰 구멍을 만드십시오. 그런 다음 돋보기 아래에 밝은 색상의 테두리가 외부에서 가장자리를 따라 표시됩니다. 큰 구멍에서 나오는 빛은 회절무늬가 거의 없습니다. 대부분의 경우 빛이 직선으로만 전파된다고 가정하면 전혀 무시할 수 있습니다. 바늘로 종이에 뚫은 작은 구멍의 회절 패턴은 그 자체보다 훨씬 크며 고리 시스템처럼 보입니다.

이 경우 구멍은 작은 각도 치수를 갖는 광원 역할을 합니다. 이는 어떤 기원의 빛나는 점으로도 대체될 수 있습니다.

예를 들어, 검정색 배경에 놓여 있는 베어링에서 공에 태양이 반사되면 구멍의 회절처럼 고리로 구성된 뚜렷한 패턴을 볼 수 있습니다.

풍선에 반사된 태양은 광학적으로 축소된 이미지일 뿐입니다! 예를 들어, 직경 3mm의 공에서 우리는 아주 먼 행성에서 보이는 것처럼 태양을 봅니다. 따라서 우리로부터 훨씬 더 멀리 있는 별은 일반 망원경의 접안렌즈 앞에 작은 빛나는 점으로 나타나며, 확대하면 회절 패턴만 볼 수 있습니다.

PIN 경험

고리가 달린 일반 핀을 나무 조각에 고정하고 1~1.5m 거리에서 손전등으로 조명하면 돋보기를 통해 핀을 보면 회절 패턴이 선명하게 보입니다.


마찬가지로 작은 물체를 현미경을 통해 매우 높은 배율로 관찰하면 회절 패턴을 명확하게 볼 수 있어 실제 세부 사항으로 착각하는 경우가 많으며 때로는 잘못된 발견으로 이어지는 경우도 있습니다.

자연과 일상생활에서의 회절의 예:

태양이나 달을 덮고 있는 얇은 물방울 층이 회절격자 역할을 합니다. 발광체는 여러 색상의 왕관(무지개 후광)으로 둘러싸인 것 같습니다. 침상 얼음 구름의 경우 다른 현상이 나타납니다. 태양이나 달 주위에 반경이 큰 좁은 고리가 나타납니다. 빛의 굴절로 인해 발생합니다.

아주 고운 가루를 뿌린 안개가 낀 유리를 통해 촛불의 불꽃을 보면 불꽃이 무지개 빛깔의 후광으로 둘러싸인 것처럼 보입니다.

무지개는 주로 구형 빗방울에서 태양 광선의 굴절과 전반사로 인해 발생합니다. 무지개는 무지개의 바깥쪽이 빨간색이고 안쪽 가장자리가 보라색으로 배열된 스펙트럼으로 구성됩니다. 바깥쪽 가장자리부터 보라색까지 스펙트럼의 다른 모든 색상이 있습니다. 반원의 반경은 42.5°의 화각에서 보입니다. 두 번째 무지개는 51° 각도에서 볼 수 있는 내부 반경을 가지며 내부는 빨간색, 외부는 보라색입니다.

결론:

  1. 이론을 연구하고 실험을 수행한 후 파동 속도가 지점에서 지점으로 (파장에 비해) 부드럽게 변하는 매체에서 파동 빔의 전파가 곡선이라는 결론을 내렸습니다.
  2. 이 경우 광파는 장애물 주위를 돌 수도 있지만 장애물의 크기는 파장과 비슷해야 하므로 우리의 가설은 정확하지 않습니다.
  3. 우리는 회절 현상이 기하학적 광학 법칙의 적용에 제한을 가한다는 것을 발견했습니다. 즉, 빛의 직선 전파 법칙, 빛의 반사 및 굴절 법칙은 장애물의 크기가 훨씬 더 큰 경우에만 충분히 정확하게 충족됩니다. 빛의 파장보다

    4. 회절은 광학 기기의 해상도에 제한을 가합니다. 현미경으로 매우 작은 물체를 관찰하면 이미지가 흐려집니다. 망원경으로 별을 관찰하면 점의 이미지 대신 밝고 어두운 줄무늬 시스템이 나타납니다.

http://www.physics.ru 물리학에 관한 정보 포털 "PHYSICON"

https://ru.wikipedia.org/wiki/Diffraction "Wikipedia" - 백과사전.

http://class-fizika.spb.ru/ "멋져요! 물리학 - 흥미로운 페이지"

http://www.scienceforum.ru/ 과학 포럼

프레젠테이션

회절장애물 주위의 파도입니다. 빛의 경우 회절의 정의다음과 같이 들릴 수도 있습니다:

회절 - 이것은 기하학적 광학 법칙에서 광파 전파의 편차입니다. 특히 이것은 기하학적 그림자 영역에 빛이 침투하는 것입니다.

때로는 더 넓은 정의가 사용됩니다.

회절 날카로운 불균일성을 지닌 매체에서 파동이 전파되는 동안 관찰되는 일련의 현상이라고합니다.

고전 회절 예- 작은 둥근 구멍을 통해 구형 광파가 통과하는 경우 화면에 명확한 경계가 있는 조명이 켜진 원 대신 경계가 흐릿한 밝은 원이 있고 어둡고 밝은 고리가 번갈아 점으로 표시됩니다.

구멍의 직경을 변경하면 화면의 그림이 바뀌는 것을 볼 수 있습니다. 특히 조명이 켜진 원의 중앙에 어두운 점이 나타났다가 사라지는 것을 볼 수 있습니다. 이 현상을 설명했는데 프레넬. 그는 파면을 여러 구역으로 나누어 인접한 구역에서 관찰 지점까지의 거리가 파장의 절반만큼 달라지도록 했습니다. 그런 다음 인접한 구역에서 오는 2차 파동이 서로 상쇄됩니다. 따라서 구멍에 짝수 개의 구역이 배치되면 홀수가 밝은 경우 조명된 원의 중앙에 어두운 점이 있게 됩니다.

회절 격자- 이것은 광학 장치로 일정한 간격으로 다수의 스트로크를 적용한 판입니다. 플레이트의 스트로크 대신 규칙적인 간격의 슬롯, 홈 또는 돌출부가 있을 수 있습니다.

이러한 주기적 구조에서 얻은 회절 패턴은 다양한 강도의 최대값과 최소값이 교대로 나타나는 형태를 갖습니다. 사이트의 자료

회절 격자는 스펙트럼 장비에 사용됩니다. 그들의 목적은 전자기 방사선의 스펙트럼 구성을 연구하는 것입니다. 자외선 영역에서 작업하려면 1mm 당 3600-1200 스트로크, 가시 광선-1200-600 스트로크 / mm, 적외선-300 이하 스트로크 / mm의 격자가 사용됩니다. 극초단 X선 파동의 경우 회절 격자는 자연에 의해 생성됩니다. 이것이 바로 고체의 결정 격자입니다.

길이가 긴 파동은 더 많이 회절하므로 장애물을 통과할 때 빨간색 광선이 파란색 광선보다 직선 경로에서 더 많이 벗어납니다. 백색광이 프리즘에 떨어지면 광선은 분산으로 인해 반대 순서로 편향됩니다. 유리에서는 빨간색 광선의 빛의 속도가 빠르므로 굴절률은 파란색 광선보다 낮습니다. 결과적으로 빨간색 광선은 원래 방향에서 덜 벗어납니다.