Лекция 5. Дифракция света.

5.1 Принцип Гюйгенса – Френеля

5.2 Дифракционная решётка.

Опыт 5.1 Дифракция света на щели.

Оборудование:

1.

Рис 5. 1

Источник света.

2. Щель

Ход работы:

Постепенно открываем закрытую щель, наблюдаем, как появился максимум. По мере того, как увеличивается щель, наблюдается появление минимумов. При открытии щель, число минимумов и максимумов возрастает и стремится к максимуму. Если сильно открыть щель, то минимумы пропадут и дифракционной картины не будет. Сужаем щель, снова появились минимумы по мере того, как мы уменьшаем щель, минимумы исчезают, и вновь остаётся только
максимум

Рис 5. 2

Вывод: наличие полос на экране объясняется тем, что световые волны, приходящие из разных точек в одну точку на экране, интерферируют между собой.

Дифракция света – это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий.

Явление дифракции света доказывает, что свет обладает волновыми свойствами.

5.1. Принцип Гюйгенса – Френеля

Все вторичные источники, расположенные на поверхности фронта волны, когерентны между собой.

Амплитуда и фаза волны в любой точке пространства – это результат интерференции волн, излучаемых вторичными источниками.

Принцип Гюйгенса-Френеля дает объяснение явлению дифракции:

1. вторичные волны, исходя из точек одного и того же волнового фронта (волновой фронт – это множество точек, до которых дошло колебание в данный момент времени), когерентны, т.к. все точки фронта колеблются с одной и той же частотой и в одной и той же фазе;

2. вторичные волны, являясь когерентными, интерферируют.

Явление дифракции накладывает ограничения на применение законов геометрической оптики:

Закон прямолинейного распространения света, законы отражения и преломления света выполняются достаточно точно только, если размеры препятствий много больше длины световой волны.

Дифракция накладывает предел на разрешающую способность оптических приборов:

- в микроскопе при наблюдении очень мелких предметов изображение получается размытым

- в телескопе при наблюдении звезд вместо изображения точки получаем систему светлых и темных полос.

5.2 Дифракционная решётка.

Дифракционная решетка - это оптический прибор для измерения длины световой волны.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

Если на решетку падает монохроматическая волна. то щели (вторичные источники) создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов.

Рис 5. 3

Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка АС. Если на этом отрезке укладыается целое число длин волн, то волны от всех щелей будут усиливать друг друга. При использовании белого света все максимумы (кроме центрального) имеют радужную окраску.

(5.1)

Итак, условие максимума:

(5.2)

где k – порядок (или номер) дифракционного спектра

Чем больше штрихов нанесено на решетке, тем дальше друг от друга находятся дифракционные спектры и тем меньше ширина каждой линии на экране, поэтому максимумы видны в виде раздельных линий, т.е. разрешающая сила решетки увеличивается.

Точность измерения длины волны тем больше, чем больше штрихов приходится на единицу длины решетки.