Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Шпаргалка К Экзамену По Физике Оптике Для Дневников (Уруцкоев Л. И.).docx
Скачиваний:
25
Добавлен:
07.10.2014
Размер:
163.51 Кб
Скачать

20.Дифракционная решетка. Условия максимумов и минимумов дифракции.

Дифракционная решетка - важнейший спектральный прибор, предназначенный для разложения света в спектр и измерения длин волн.

Она представляет собой плоскую стеклянную или металлическую поверхность, на которой нарезано очень много (до сотен тысяч) прямых равноотстоящих штрихов.

Рассмотрим простейшую идеализированную решетку, состоящую из одинаковых равноотстоящих параллельных щелей, сделанных в непрозрачном экране. Ширину щели обозначим b, а ширину непрозрачных промежутков между щелями - а. Величина d=a+b называется периодом или постоянной дифракционной решетки. Лучшие решетки имеют d=0,8 мкм, т.е. 1200 штрихов на 1 мм.

На рис. 5а показано только несколько щелей. Дифракционная картина от решетки получается в результате дифракции на каждой щели и интерференции лучей, падающих от разных щелей. Главные максимумы соответствуют таким углам ф, для которых колебания от всех N щелей складываются в фазе. Условие главных максимумов имеет вид

dsinф=+-(2m+1)λ/2 , m=0,1,2(11)

Главные минимумы соответствуют таким углам ф, в направлении которых ни одна из щелей не распространяет свет. Таким образом, условие главных минимумов выражает формула (8)

bsinф=+-2mλ/2 , m=1,2,3(12)

Положение главных максимумов (кроме центрального) зависит от длины волны λ. Поэтому при пропускании через решетку белого света все максимумы ненулевого порядка, разложатся в спектр, фиолетовый конец которого обращен к центру дифракционной картины, а красный - наружу. Таким образом, дифракционная решетка представляет собой спектральный прибор.

условие для минимума освещенности приобретает такой вид:

Рассуждая аналогично для случая, когда в ширине щели укладывается нечетное число зон Френеля, можно получить условие для максимума:

Для точки наблюдения, лежащей на экране против центра щели, разбиение на зоны всегда даст нечетное число зон, поэтому в ней всегда будет наблюдаться максимум. В итоге дифракционная картина на экране выглядит как чередование прямых темных и светлых полос, длинная сторона которых перпендикулярна плоскости рисунка.

13.Явление интерференции света. Оптическая разность хода и разность фаз. Условия усиления и ослабления интенсивности света.

Интерференция света - сложение двух или нескольких световых волн, вследствие чего в одних точках пространства происходит усиление интенсивности света, а в других - ослабление.  фазой гармонического колебания Е (t) = E0 sin(t +) называется мгновенное значение величины аргумента t +  .

а б

t

t t

Сложение колебаний.

сложение двух гармонических колебаний одинаковой частоты при условии разных фаз этих колебаний. Если фазы одинаковы (а), то результирующая амплитуда колебаний возрастет в два раза, при условии одинаковости амплитуд складываемых колебаний. Если же колебания отличаются по фазе на 1800 (б), то в результате сложения получится ноль. Поэтому, если в какой-нибудь точке пространства складываются две волны, то результат сложения зависит от того, какова разность фаз колебаний, которые создают в данной точке каждая из слагаемых волн, и реальная интерференционная картина состоит из чередующихся темных и светлых полос. С математической точки зрения этот результат следует непосредственно из аналитического представления синусоидальной волны Е (х,t) = E0 sin (t - kx). Пусть имеется две волны одинаковой частоты и (для удобства) одинаковой амплитуды:и. Тогда в результате сложения:, откуда видно, что величинуможно рассматривать как суммарную амплитуду, величина которой зависит от разности путей х1 и х2 (принято говорить «разности хода»), которые проходят волны до точки встречи. Если разность хода равна целому числу волн (четному числу полуволн) то аргумент косинуса равен . При такой величине аргумента функция косинуса максимальна и равна 1, т.е. суммарная амплитуда равна удвоенной амплитуде каждого из слагаемых. Если же разность хода равна нечетному числу полуволн, то аргумент равен

, т.е. значение косинуса в этом случае равно нулю, и равна нулю суммарная амплитуда. Таким образом, в первом случае амплитуда суммарного колебания максимальна, а во втором равна нулю, т.е. минимальна. Условия усиления и ослабления интенсивности света: при разности хода х = х21 = ( четное число полуволн) волны одной частоты будут давать максимальную суммарную интенсивность или просто максимум, а при разности ходах = х21 = (нечетное число полуволн) - минимум.

Для разности фаз важна не сама по себе геометрическая разность путей интерферирующих лучей, а величина n ' l, где l - геометрический путь. Эта величина называется оптической длиной пути, и она характеризует число длин волн, укладывающихся на геометрическом пути светового луча в данной среде с показателем преломления n. Разность d оптических длин путей двух лучей называется оптической разностью хода: d = n2l2 - n1l1, где l1, l2 - геометрические пути, проходящие лучами в средах с показателями преломления n1 и n2соответственно.

Следует подчеркнуть, что полученные результаты справедливы, если разность фаз слагаемых колебаний не изменяется со временем. Такие колебания называются когерентными. В действительности же это условие обычно не выполняется, т.к. известно, что излучение света в атомах происходит отдельными порциями или цугами по терминологии волновой теории, причем излучение продолжается всего 10 -8 сек, так что каждый новый цуг имеет свою начальную фазу и плоскость колебаний электрического (и магнитного) векторов. Ясно, что в этом случае разность фаз между отдельными цугами изменяется хаотически, и результат сложения волн будет совсем иной.

Е1

Е

Е2

Рис.25.Векторное сло-

жение колебаний.

Это можно продемонстрировать с помощью векторного представления колебаний, когда каждое колебание представляется в виде вектора, длина которого пропорциональна амплитуде колебаний. Сам вектор вращается вокруг своего начала с частотой, равной частоте колебания, а начальное положение вектора изображается повернутым на угол, величина которого равна начальной фазе колебания. В этом случае суммарное колебание находится во вращающейся системе координат как векторная сумма двух слагаемых векторов ( см.рис 25). По теореме косинусов . Если разность фаз 2 -  1 меняется хаотически, то среднее значение косинуса равно ( косинус может принимать равновероятно всевозможные значения) нулю, и суммарная интенсивность является просто суммой интенсивностей слагаемых колебаний: Колебания, для которых разность фаз изменяется случайным образом, называются некогерентными. Поэтому становится понятным тот факт, что две лампочки дают света в два раза больше, чем одна.

Соседние файлы в предмете Физика