Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Заволжский филиал

Кафедра общеобразовательных и общепрофессиональных дисциплин

Дифракция света

Конспект лекций.

Лабораторная работа №3-3 по общей физике для студентов всех форм обучения ЗФ НГТУ

Заволжье – 2007

Составители: Р.В.Бударагин

УДК 537.85

Дифракция света. Конспект лекций. Лабораторная работа №3-3 по общей физике для студентов всех форм обучения ЗФ НГТУ / НГТУ; Сост.: Р.В.Бударагин. Заволжье, 2007. 26 с.

Дано изложение теоретического материала по разделу “Дифракция световых волн” в соответствии с рабочей программой по физике для студентов Заволжского филиала НГТУ. Представлено описание лабораторной установки по изучению дифракции, методика измерений и порядок выполнения работы.

Цель работ: ознакомиться с одним из случаев проявления волновых свойств света – дифракцией на дифракционной решетке, научиться измерять длину волны излучения лазера и периода решетки.

TЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Введение

Д ифракцией называют совокупность явлений, связанных с волновыми свойствами света, которое заключается в том, что свет при своём распространении в средах с резкими неоднородностями отклоняется от законов, предписываемых геометрической оптикой и попадает в область геометрической тени.

Явление дифракции может быть объяснено с помощью принципа Гюйгенса-Френеля: любая точка пространства, до которой дошло возмущение, сама является источником вторичной сферической волны, распространяющейся от нее во все стороны.

Принцип Гюйгенса позволяет решать за­дачи о распространении волнового фронта, но не отвечает на вопрос ин­тенсивности волн, идущих по разным направлениям (рис.1а).

Френель предложил, что огибающая поверхность вторичных волн есть поверхность, где благодаря взаимной интерференции элементарных вторичных волн результирующая волна имеет максимальную интенсивность.

П ринцип Гюйгенса-Френеля утверждает: пусть имеется точечный источник волн, окруженный мысленно произвольной замкнутой поверхностью; правильное значение амплитуды (интенсивности) волны за пределами этой поверхности получится, если точечный источник заменить распределенными по поверхности вспомогательными источниками. Каждая точка поверхности рассматривается как источник волн, амплитуда и фаза которых равны амплитуде и фазе колебания, пришедшего в эту точку с волной от основного источника. Действие волны в любой точке вне поверхности определяется ре­зультатом интерференции волн от источников, расположенных по поверхности.

Волны вторичных источников когерентны, поскольку возбуждаются одними и теми же первичными источниками. Фронт волны в следующий момент времени представляет собой суперпозицию (наложение) волн, идущих от вторичных источников (рис.1б).

В математической форме записи принцип Гюйгенса-Френеля записывается в виде:

, (1)

где – результирующее колебание в некоторой точке наблюдения (т.P), – расстояние от вторичного источника на волновой поверхности до точки наблюдения, – амплитуда колебания в точке нахождения элемента , – коэффициент, зависящий от угла между первоначальным направлением световой волны и направлением на точку наблюдения. Коэффициент монотонно убывает с ростом угла от 1 при до 0 при (рис.2).