Контрольные вопросы

1. Какова природа света?

2. Что называется интерференцией волн?

3. Какие волны являются когерентными?

4. Что называется оптическим ходом (оптической разностью хода) лучей?

5. Определить условия максимума и минимума интерференции волн.

6. Объяснить получение интерференционной картины с помощью бипризмы Френеля. Начертить ход лучей.

7. Вывести формулу, с помощью которой рассчитывается длина волны в данной работе.

8. Какие величины необходимо измерить в данной работе?

9. Как зависит ширина интерференционной полосы от длины волны?

10. Какой вид имеет интерференционная картина при освещении белым светом и почему?

Лабораторная работа № 4

Изучение явления дифракции света

Цель работы. определить длину световой волны с помощью дифракционной решетки.

Приборы и принадлежности

1. Гониометр.

2. Дифракционная решетка.

Краткая теория

Дифракцией света называется явление отклонения световых волн от прямолинейного распространения, когда световая волна, огибая препятствие, заходит в область геометрической тени.

Для наблюдения дифракции необходимо, чтобы длина волны света была соизмерима с размерами препятствия.

Явление дифракции света объясняется с волновой точки зрения и находится в тесной связи с явлением интерференции. Выяснить суть явления дифракции позволяет принцип Гюйгенса-Френеля.

Согласно этому принципу каждую точку фронта волны следует рассматривать как источник вторичных волн; эти вторичные волны когерентны между собой и поэтому, распространяясь в пространстве, интерферируют между собой.

Таким образом, между явлениями интерференции и дифракции нет существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении энергии световых волн в результате их суперпозиции (наложения). Перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, исходящих из отдельных когерентных источников, принято называть дифракцией волн.

Для расчета дифракционной картины Френелем был предложен оригинальный метод, называемый методом зон Френеля. Основанием этого метода является интерференция вторичных волн, исходящих от каждой точки фронта волны. Суть метода зон Френеля заключается в том, что фронт волны мысленно разбивается на зоны так, чтобы разность хода граничных лучей от двух соседних зон составляла половину длины волны для данной точки наблюдения. Таким образом волны, исходящие от двух соседних зон приходят в выбранную точку наблюдения в противофазе и гасят друг друга.

Рассмотрим явление дифракции в параллельных лучах.

1. Дифракция от одной щели.

Пусть на узкую щель шириной падает плоский фронт монохроматической световой волны перпендикулярно плоскости щели (рис. 1).Все точки плоского фронта АВ, вырезаемого щелью, являются когерентными источниками вторичных световых волн, которые за щелью распространяются во всех направлениях и при наложении интерферируют. Дифракционная картина, то есть результат интерференции вторичных волн, наблюдают на экране Э, помещенном в фокальной плоскости линзы Л.

Л учи, идущие перпендикулярно от плоскости щели имеют разность хода равную нулю ( ). На экране они собираются в фокусе линзы в точке О и дадут в этой точке центральный максимум.

Лучи, идущие под некоторым углом к первоначальному направлению, также соберутся в фокальной плоскости линзы, но уже в другой точке М на экране.

Выведем условие интерференции для этой группы лучей. Для этого разобьем волновой фронт АВ на зоны Френеля в виде узких полосок одинаковой ширины в, параллельных краям щели. Разность хода между двумя крайними лучами по условию равна . Следовательно, если в направлении уложится четное число зон, то в точке М будет наблюдаться минимум интенсивности света (темная полоса), если нечетное число зон – максимум интенсивности (светлая полоса).