Содержание
-
Лекция 7
Тема: ДИФРАКЦИЯ 7.1. Принцип Гюйгенса-Френеля; 7.2.Метод зон Френеля; 7.3.Дифракция Френеля: 7.3.1. Дифракция на круглом отверстии; 7.3.2. Дифракция на диске; Содержание лекции: Сегодня: понедельник, 31 октября 2016 г. pptcloud.ru
-
Опыт Юнга с интерференцией от двух щелей обеспечил прочную основу волновой теории света. Однако общее признание волновая теория получила лишь благодаря детальному изучению дифракции более чем через десятилетие. Мы уже бегло упоминали о дифракции при изучении волн на поверхности воды и в связи с обсуждением волновой природы света. Напомним, что под дифракцией понимают огибание волнами препятствий. Рассмотрим теперь дифракцию более подробно. Определенный период в истории волновой теории света неразрывно связан с именем Огюстена Френеля (1788-1827). В 1819 г. он представил Парижской Академии наук волновую теорию света, которая предсказывала и объясняла явления интерференции и дифракции. Почти сразу же Симон Пуассон (1781-1840) обратил внимание на одно следствие теории Френеля, противоречащее интуитивным представлениям: согласно волновой теории Френеля, если свет от точечного источника падает на непрозрачный диск, то в результате дифракции на краях диска в центре тени должно возникать светлое пятно вследствие
-
усиливающей интерференции (рис. 7.1). Такое предсказание казалось весьма неправдоподобным. Но когда предложенный Пуассоном эксперимент осуществил Франсуа Араго, в самом центре тени он обнаружил светлое пятно! Это послужило убедительным доказательством справедливости волновой теории. На рис. 7.2,а представлена тень от монеты, освещаемой (почти) точечным источником (в данном случае лазером). В центре наблюдается светлое пятно. Обратите внимание на то, что за пределами тени наблюдаются светлые и темные полосы. Они напоминают интерференционные полосы при интерференции от двух щелей. Но в действительности эти полосы возникают при интерференции волн, которые дифрагируют на различных участках диска; вся картина носит название дифракционной. Подобная картина возникает при освещении точечным источником любого объекта с резкими краями, как показано на рис. 7.2,6 и в. Мы не всегда замечаем дифракционные картины, так как в большинстве случаев Рис. 7.1
-
источники, с которыми приходится иметь дело в повседневной жизни, оказываются не точечными и свет отразличных участков таких источников смазывает картину.
-
Рис. 7.2. Дифракция на мелкой монете (а)1976 г.; на лезвии бритвы (б) 1949 г., на одной щели, освещенной почти точечным источником монохроматического света (в) 1962 г.
-
7.1. Принцип Гюйгенса-Френеля Дифракциейназывается совокупность явлений наблюдаемых при распространении свет в среде с резкими неоднородностями, размеры которых сравнимы с длинной волны, и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Огибание препятствий звуковыми волнами (дифракция звуковых волн) наблюдается нами постоянно (слышим звук за углом дома). Для наблюдения дифракции световых лучей нужны особые условия, это связано с малой длиной световых волн. Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. В качестве примера применения принципа Гюйгенса рассмотрим падение плоской волны на преграду с отверстием (рис. 7.3). Когда волновой фронт доходит до преграды, то каждая точка отверстия становится источником вторичных волн, а огибающая этих волн
-
-
Принцип Гюйгенса, являясь чисто геометрическим способом построения волновых поверхностей, решает лишь задачу о направлении распространения волнового фронта, но не затрагивает по существу вопроса об амплитуде, а следовательно, и об интенсивности волн, распространяющихся по разным направлениям. Френель вложил в принцип Гюйгенса физический смысл, дополнив его идеей интерференции вторичных волн. Согласно принципу Гюйгенса - Френеля, световая волна, возбуждаемая каким-либо источникомS, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут служить физически бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источникS. Обычно в качестве этой поверхности выбирают одну из волновых поверхностей, поэтому всефиктивные источники действуют синфазно. Таким образом, волны, распространяющиеся от источника, являются результатом интерференции всех когерентных вторичных волн. Френель исключил возможность возникновения
-
-
Рис. 7.4
-
центром S). Френель разбил волновую поверхность Ф на кольцевые зоны такого размера, чтобы расстояния от краев зоны до М отличались на λ/2, т. е. P1M - Р0М = Р2М -Р1М = Р3М - Р2М = ... =λ/2. Подобное разбиение фронта волны на зоны можно выполнить, проведя с центром в точке М сферы радиусами Таккак колебания от соседних зон проходят до точки Мрасстояния, отличающиеся на λ/2, то в точку Мони приходят с противоположными фазами и при наложении эти колебания будут взаимно ослаблять друг друга. Поэтому амплитуда результирующего светового колебания в точке A=Al-A2 + A3–A4 + ...±Am, (7.2.1) где А1 А2, ...,Аm — амплитуды колебаний, возбуждаемых 1-й, 2-й,..., m-й зонами.
-
Рис. 7.5
-
-
(7.2.5)
-
-
Френеля: (7.2.7) При а = b= 10 см и λ= 0,5 мкм радиус первой (центральной) зоны r1= 0,158 мм. Следовательно, распространение света от SкМ происходит так, будто световой поток распространяется внутри очень узкого канала вдоль SM, т. е. прямолинейно. Таким образом, волновой принцип Гюйгенса — Френеля позволяет объяснить прямолинейное распространение света в однородной среде. Правомерность деления волнового фронта на зоны Френеля подтверждена экспериментально. Для этого используются зонные пластинки — в простейшем случае стеклянные пластинки, состоящие из системы чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрических колец, соединяющей эти две точки, то для света длины волны λона перекроет четные зоны и оставит свободными нечетные начиная с центральной. В результате этого
-
Зонная пластинка перекрыты все четные зоны Френеля на волновой поверхности
-
КОНЕЦ ЛЕКЦИИ ЕЩЕ НЕ БЛИЗОК!!! НЕ ТОРМОЗИ, ФИЗИКОЙ ЗАРЯЖАЙ МОЗГИ!!!
-
-
Рис. 7.6
-
Рис. 7.6
-
Дифракция на круглом отверстии и диске. В центре будет темное пятно, если открыто четное число зон Френеля и светлое – если нечетное.
-
Рис. 7.7
-
-
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.