Физика / ФИЗИКА / shpory / физика / физика_1 / физика о / Fizika / Лабы / 3 Изучение явления дифракции света 2

Цель работы:

1. Изучение явления дифракции света;

2. Определение длины световой волны.

Приборы и принадлежности:

ОКГ, щель с микрометрическим винтом, поляризатор, измерительный микроскоп.

Теоретическая часть.

Дифракцией света называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики.

Для наблюдения дифракции световых волн необходимо создание специальных условий. Это обусловлено малостью длин световых волн. Мы знаем, что в пределе при 0 законы волновой оптики переходят в законы геометрической оптики и отклонение от них оказываются тем меньше, чем меньше длина волны.

Наблюдение дифракции осуществляется по следующей схеме. На пути световой волны, распространяющейся от источника, помещается непрозрачная преграда, закрывающая часть волновой поверхности световой волны. За преградой располагается экран, на котором возникает дифракционная картина.

Волновой поверхностью называется геометрическое место точек среды, в которых в данный момент времени фаза волны имеет одно и то же значение.

Различают два вида дифракции. Если источник света и точка наблюдения расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, идущие в точку P, образуют практически параллельные пучки, то говорят о дифракции в параллельных лучах или о дифракции плоских волн. В противном случае говорят о дифракции сферических волн.

Принцип Гюйгенса-Френеля.

Поскольку в явлении дифракции наиболее ярко проявляются волновые свойства света, то целесообразно рассматривать излучение как волновой процесс и применять к нему волновые характеристики. Принцип Гюйгенса позволяет найти «новое» положение фронта волны по заданному «старому» его положению. Для этого каждая точка фронта волны рассматривается как точечный источник элементарных вторичных сферических волн. Поверхность, огибающая эти элементарные волны, является новым положением фронта волны. Для объяснения интерференции, дифракции, прямолинейности распространения света и т.п. Френель дополнил принцип Гюйгенса рядом постулатов.

Источник света можно заменить эквивалентной ему системой точечных когерентных источников, расположенных на произвольной поверхности. Мощности, излучаемые участками поверхности, определяются амплитудой дошедшего до каждого участка излучения.

Интенсивность излучения уменьшается с увеличением угла между направлением распространения света и нормалью к поверхности. При наличии непрозрачных экранов, совпадающих с выбранной системой точечных вторичных источников, «закрытые» участки не излучают, а «открытые» излучают независимо от материала, формы и размеров препятствий.

От каждого участка волновой поверхности в некоторую точку приходит колебание:

(1) ,где

- фаза колебания в месте расположения волновой поверхности;

- волновое число;

- расстояние от элемента до P;

- амплитуда колебания в том месте, где находится ;

- коэффициент, зависящий от угла между нормалью к и направлением от к P.

При этот коэффициент максимален, при - обращается в нуль, при - принимает некоторое промежуточное значение.

Результирующее колебание в точке P представляет собой сумму колебаний (1), даваемых всей волновой поверхностью S:

(2)

Эта формула является аналитическим выражением принципа Гюйгенса-Френеля.

Вычисления по формуле (2) представляют собой в общем случае очень трудную задачу. Однако, как показал Френель, в случаях, отличающихся симметрией, нахождение амплитуды результирующего колебания может быть осуществлено простым алгебраическим суммированием.

При дифракции от щели результирующее колебание, созданное всем открытым участком фронта волны:

Амплитуда результирующего колебания в некоторой точке P:

Условие минимума амплитуды:

Условие максимума:

Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды:

,где

- интенсивность в центре дифракционной картины;

- интенсивность в точке, определяемой углом.

Практическая часть.

Расстояние от объектива микроскопа до щели: x=812 см

Цена деления с=0,05 мм/дел

Ширина щели b=0,16 мм

X=110 мм

Проводим все измерения и результаты заносим в таблицу.

По формуле находим длину волны.

п/п		, мм	, мм	, мм	, нм	, нм
1	1	0,55	110	0,16	533,326667	508,84299
2	2	0,85			494,53069
3	3	1,2			498,671627

Абсолютная погрешность измерений равна: 24,4837 нм, относительная — 4,81%.

Вывод: с помощью установки на практике изучили явление дифракции света и определили длину световой волны. Она оказалась равной 508,844,81% нм.