Методика изучения дифракции света

Явление дифракции также относится к числу явлений, присущих только волновому процессу, поэтому если свет – электромагнитная волна, то он должен дифрагировать. В учебниках и методической литературе есть несколько определений дифракции. Например, дифракция определяется как «отклонение от прямолинейного распространения волн, то есть огибание волной препятствий. Эти определения несколько некорректны, так как если свет распространяется в оптически неоднородной среде, то он будет распространяться не по прямой и будет заходить за препятствия, а это не связано с дифракцией. Дифракцию же необходимо определять как отклонение от законом прямолинейного распространения света, или захождение света в область геометрической тени.

Изучение дифракции начинается с изучения дифракции механических волн, так как их наблюдать гораздо проще. При наблюдении дифракции волн на поверхности воды необходимо акцентировать внимание учащихся на дифракционных картинах от различных препятствий, на основании которых не только дать определение дифракции, но и корректно сформулировать условие возникновения дифракции – размеры препятствий должны быть сравнимы или меньше длины волны.

Далее переходят к изучению дифракции света, причем начина­ют с утверждения: «Если свет - это волны (а интерференция света подтверждает это), то должна наблюдаться и дифракция света». После этого необходимо выяснить с учащимися вопрос, почему в повседневной жизни не наблюдается дифракция света, на что указывает четкий контур тени от предметов. Ответ на этот вопрос дает повторение условия возникновения дифракции и анализ интервала длин световых волн. Таким образом, можно сделать вывод – малые величины длин световых волны приводят к тому, что и препятствия должны быть малыми.

После этого с учащимися разбирается классический опыт Юнга и анализируются и его результаты, после чего изучается принцип Гюйгенса-Френеля, который применяется для объяснения результатов опыта Юнга.

При изучении дифракции также как и в случае интерференции проводятся опыты на ФОС и с помощью лазера. В методической литературе описаны опыты по наблюдению дифракции света от щели, тонкой проволоки, на краю препятствия (от ученического пера), от дифракционной решетки.

В дополнение к указанным демонстрационным опытам проводится лабораторная работа по наблюдению интерфе­ренции и дифракции света. Интересные наблюдения дифракции света можно выполнять и в домашних условиях (смотреть на уда­ленный источник света сквозь тонкую ткань или частую прово­лочную сетку и т. п.).

Большое внимание при изучении явления дифракции уделяют рассмотрению дифракционной решетки - прибора, дей­ствие которого основано на этом явлении, и демонстрации опы­тов. Сначала рассматривают дифракцию от двойной щели. В ито­ге получают условие для дифракционных максимумов.

Важно отметить, что с помощью дифракционной решетки есть возможность экспериментально определить длину световой волны. Действительно, если период решетки d известен, то определение длины волны сводится к из­мерению угла ф, соответствующего направлению на очередной максимум. Таким образом, учащиеся должны научиться пользоваться дифрак­ционной решеткой и определять для световых волн длину волны.

Заключительным этапом в изучении явления дифракции является вывод о том, что это явление определяет границы применимости геометрической оптики, что выражается в том, что оно накладывает ограничения на разрешающую способность оптических приборов.