Лабораторный практикум по оптике (стр. 4 ) | Авторская платформа Pandia.ru

Число зон Френеля

В центре карти-ны

теоретическое

Лабораторная работа № 3

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

Цель работы: изучение дифракции Френеля на круглом отверстии.

Оборудование: персональный компьютер

Теоретическое 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 пучка расположить круглое отверстие, то на экране, расположенном достаточно да-леко от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся темных и светлых колец.

Количественная теория дифракционных явлений была разработана Френелем. 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 удаленного источника через небольшое круглое отверстие радиуса в непрозрачном экране (рис. 1). Точка наблюдения 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)

Целью данной работы является проверка этой формулы.

Экспериментальная часть

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

1. Войдите в программу мультимедийного лабораторного практикума

«Дифракция света»

2. Кнопками изменения параметров установите значения диаметра

отверстия , 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) рассчитайте на каком расстоянии от отверстия должен быть

расположен экран, чтобы были открыты первые зон.

4. Проверьте результаты расчётов на виртуальной модели данной работы и

занесите их в таблицу 1.

5. Сделайте вывод.

Таблица 1.

№№		Расстояние до экрана	В центре картины
теоретическое	опытное

6. Установите значения параметров и согласно вашему варианту

(см. таблицу 2). По формуле (1) рассчитайте, сколько первых зон Френеля

будет открыто для различных длин волн.

7. Результаты расчетов проверьте на виртуальной модели и занесите их в

таблицу 2.

8. Сделайте 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.

Вопросы к защите работы:

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?

Задачи для самостоятельного рещения:

1. На щель шириной 0,05 мм нормально падает свет с длиной волны 0,7 мкм. Определите 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.

Лабораторная работа № 4

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

Цель работы: изучение дифракции света на дифракционной решетке.

Оборудование: персональный компьютер

Теоретическое введение

Важное практическое значение имеет дифракция света на дифракционной решетке. Простейшая дифракционная решетка состоит из прозрачных участков, разделенных непрозрачными промежутками. На решетку с помощью собирающей линзы направляют параллельный пучок лучей. Дифракционная картина наблюдается в фокальной плоскости второй собирающей линзы, установленной за решеткой (см. рис 1).

В каждой точке Р на экране соберутся лучи, которые до линзы были параллельны между собой и распространялись под определенным углом к направлению падающей волны. Для того, чтобы в данной точке Р наблюдался дифракционный максимум, разность хода волн, испущенных соседними щелями, должна быть равна целому числу длин волн, т. е. , где - постоянная дифракционной решетки, - целое число.