Работа 3 дифракция света

Цель работы: изучение дифракции Френеля на круглом отверстии.

Оборудование: работа выполняется на компьютере.

Контрольные вопросы.

1. Что называется дифракцией волн? При каком условии она наблюдается?

2. Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля.

3. Каким образом производится разбиение волнового фронта на зоны Френеля?

4. Докажите закон прямолинейного распространения света.

5. Выведите формулу, определяющую радиусы зон Френеля.

6. От чего зависит вид дифракционной картины при дифракции на круглом ответстии? На непрозрачном диске?

Введение

В самом общем смысле под дифракцией света понимается явление откло-нения света от прямолинейного распространения при прохождении вблизи препятствий.

Опыт показывает, что если на пути параллельного светового пуч-ка расположить круглое отверстие, то на экране, расположенном достаточно да-леко от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередую-щихся темных и светлых колец.

Количественная теория дифракционных явлений была разработана Фре-нелем. В основу своей теории Френель положил принцип Гюйгенса, дополнив его идеей об интерференции вторичных волн.

Рассмотрим в качестве примера задачу о прохождении плоской монохроматической волны от удален-ного источника через небольшое круг-лое отверстие радиуса в непроз-рачном экране (рис. 1). Точка наблю-дения Р находится на оси симметрии на расстоянии от препятствия. Для облегчения расчетов Френель предложил разбить волновую поверхность падающей волны в месте расположения препятствия на кольцевые зоны, так чтобы расстояния от границ соседних зон до точки наблюдения отличались бы на половину длины волны . Если смотреть на волновую поверхность из точки наблюдения Р, то границы зон Френеля будут представлять собой концентрические окружности (рис.2).

В этом случае радиусы зон Френеля зависят от длины световой волны , расстояния от отверстия до экрана и определяются по формуле

. 1.3

Целью данной работы является проверка этой формулы.

Выполнение работы.

1. Войти в программу.

2. Кнопками изменения параметров установить значения диаметра отвер-стия , длину волны согласно своему варианту.

Таблица вариантов 1.

	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	1,2	1,2	1,4	1,4	1,6	1,6	1,8	1,8	2,0	2,0
	630	400	500	360	450	560	450	400	500	360
	1-3	1-4	1-4	1-5	1-3	1-4	1-5	1-3	1-5	2-5

3. По формуле 1.3 рассчитайте на каком расстоянии от отверстия должен быть расположен экран, чтобы были открыты первые зон.

4. Расчеты проверить на компьютерной модели. Результаты расчетов и измерений занести в таблицу 1. Сделать вывод.

Таблица 1.

№№				Расстояние до экрана		В центре карти-ны
				теоретическое	опытное

5. Установить значения параметров и согласно вашему варианту (см таблицу 2). По формуле 1 рассчитать сколько первых зон Френеля будет открыто для различных длин волн. Расчеты проверить на математической модели. Результаты расчетов и измерений занести в таблицу 2. Сделать вывод.

Таблица вариантов 2.

	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	1,0	1,2	1,4	1,4	1,4	1,6	1,6	1,6	1,8	2,0
	40	60	50	25	35	60	50	40	60	90
	700 500 360	630 450 400	700 630 500	500 400 360	630 500 400	700 500 360	630 450 400	700 630 500	500 400 360	630 500 400

Таблица 2.

№№				Число зон Френеля		В центре карти-ны
				теоретическое	опытное

Сделать вывод.

Решить задачи.

1. На щель шириной 0,05 мм нормально падает свет с длиной волны 0,7 мкм. Определить угол отклонения лучей, соответствующих первому дифракционному максимуму.

2. На диафрагму с круглым отверстием радиусом 1,4 мм падает плоская волна . На каком минимальном расстоянии от отверстия должен находиться экран, что в центре дифракционной картины наблюдалось наиболее темное пятно?

3. На щель шириной 0,1 мм нормально падает свет с длиной волны 0,6 мкм. Экран, на котором наблюдается дифракционная картина, расположен на расстоянии 1 м от нее. Определить расстояние между первыми дифракционными максимумами, расположенными по обе стороны от центрального максимума.