ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИИ СВЕТА
Цель работы: экспериментальное изучение явления дифракции на разных объектах: круглом отверстии, одной или несколько щелях и проволоке, дифракционной решетке.
Приборы и принадлежности: ртутная лампа, осветитель ОИ-18, дифракционная решетка, гониометр. прибор для определения длины световой волны, дифракционная решетка, измерительная линейка, экран, лазер, осветитель, щель. предметный столик; набор дифракционных препятствий; экран с фотоприемником; электронная система управления экспериментом на базе ПЭВМ.
Теоретическое введение
Дифракция света связана с нарушением цельности волновой поверхности и проявляется в нарушении прямолинейности распространения колебаний, при этом волна проникает в область геометрической тени.
Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле — любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики.
Дифракционные явления присущи всем волновым процессам, но проявляются особенно отчетливо лишь в тех случаях, когда длины волн излучений сопоставимы с размером препятствий.
Объясняется дифракция с помощью принципа Гюйгенса: каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени.
Построив огибающую вторичных волн для некоторого момента времени видим, что фронт волны заходит в область геометрической тени, т. е. волна огибает края отверстия (рис.1).
Принцип Гюйгенса не затрагивает вопроса об интенсивности волн, распространяющихся по разным направлениям. Френель дополнил принцип Гюйгенса идеей интерференции вторичных волн и исключил возможность возникновения обратных вторичных волн.
Принцип Френеля:световая волна может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Волны, распространяющиеся от источника, являются результатом интерференции всех когерентных вторичных волн.
Обычно принципы Гюйгенса и Френеля объединяют и говорят о принципе Гюйгенса — Френеля. В общем случае расчет интерференции вторичных волн довольно сложный и громоздкий, но для некоторых случаев нахождение амплитуды результирующего колебания осуществляется алгебраическим суммированием.
Сущность метода зон Френеляможно представить в виде нескольких положений:
1. Всю волновую поверхность, возбуждаемую каким-либо источником S0площадью S, можно разбить на малые участки с равными площадями dS, которые являются системой вторичных источников, испускающих вторичные волны (рис.2).
2. Эти вторичные источники, эквивалентные одному и тому же первичному источнику S0, когерентны. Поэтому волны, распространяющиеся от источника S0, в любой точке пространства должны являться результатом интерференции всех вторичных волн. Колебания от соседних зон приходят в точку Р в противоположной фазе и при наложении эти колебания будут взаимно гасить друг друга. Амплитуда результирующего колебания в точке Р
3. Мощности излучения всех вторичных источников - участков волновой поверхности с одинаковыми площадями - одинаковы.
4. Каждый вторичный источник с площадью dS излучает преимущественно в направлении внешней нормалиn к волновой поверхности в этой точке; амплитуда вторичных волн в направлении, составляющем с n угол a, тем меньше, чем больше угол a, и равна нулю при a ³ p / 2. Т.е. действие зон постепенно убывает от центральной к периферическим (до нуля):
5. Амплитуда вторичных волн, дошедших до данной точки пространства, зависит от расстояния вторичного источника до этой точки: чем больше расстояние, тем меньше амплитуда. Френель предположил, что амплитуда колебания Аm от некоторой m-й зоны Френеля равна среднему арифметическому от амплитуд примыкающих к ней зон:
 |
Метод зон Френеля позволяет объяснить явление дифракции и дать методы ее количественного расчета.
Дата добавления: 2015-02-25; просмотров: 898;