Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Физика»

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФРАКЦИИ ФРАУНГОФЕРА


САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2023

Целью лабораторной работы является:

• 
  визуальное наблюдение на экране картины дифракции плоской световой волны на щели;
  

изучение влияния ширины щели на расположение дифракционных максимумов;

• 
  экспериментальное определение углов дифракции, соответствующих максимумам интенсивности света на экране, и сравнение их с теоретическими углами дифракции.
  

1. Дифракция Фраунгофера на щели

Светом называют электромагнитные волны, т.е. процесс распространения в вакууме или диэлектрической среде электромагнитных колебаний. Источниками электромагнитных волн являются возбужденные атомы или молекулы. Длины волн видимой области электромагнитного излучения лежат в интервале от 400 до 750 нм.

Геометрическое место точек, до которых к моменту времени t доходят электромагнитные колебания от источника света, называется фронтом световойволны. Геометрическое место точек, в которых колебания происходят в одинаковой фазе, называется волновойповерхностью.

В вакууме или изотропной однородной среде скорость Vраспространения колебаний одинакова для любого направления, поэтому (Рис.1) от точечного источника света Sза время t колебания дойдут до точек, образующих поверхность сферы

---

радиуса R=V·t.Фронт волны представляет собой поверхность сферы, поэтому такая волна называется сферической.

Рис. 1	Рис. 2

С увеличением расстояния от точечного источника света кривизна сферического фронта уменьшается. Небольшой участок волнового фронта достаточно большого радиуса Rможно считать плоскимфронтом, лучи (направления распространения колебаний) – идущими параллельно друг другу. Такую световую волну называют плоскойволной (Рис.2).

Плоскую световую волну (пучок параллельных лучей) можно получить с помощью оптических систем.

Отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении в среде с резко неоднородной пропускающей способностью называется дифракциейсвета. Не очень строго дифракцией называют огибание волнами препятствий, в результате чего граница тени от предмета становится размытой.

Характерную картину дифракции можно наблюдать при прохождении света через малые отверстия, вблизи краев экрана, непрозрачных препятствий малых размеров и других неоднородностей (Рис.3, рис.4).

Рис. 3 Дифракция света на непрозрачном диске	Рис. 4 Дифракционная картина от проволоки

---

Дифракцию, наблюдаемую в параллельных лучах (случай плоской волны), называют дифракциейФраунгофера. Если падающие на объект лучи непараллельны друг другу (сферическая волна), то говорят о дифракцииФренеля.




Рис. 5

Строгое решение задачи дифракции очень сложно. Достаточно хорошие результаты для объяснения этого явления в оптических задачах

дает использование принципаГюйгенса–Френеля. Согласно этому принципу точкифронтаволны являются когерентнымиисточниками вторичных сферическихволн.

На рис.5 изображен пучок параллельных световых лучей, падающий нормально (перпендикулярно) на щель шириной b и дающий на экране, помещенном за щелью, дифракционную картину.

Освещенность экрана в точке Mопределяется результатом интерференции колебаний от всех вторичных источников – точек участка фронта волны, вырезанного щелью. Точечные источники изображены символом . На рис.5 показано для примера, что интерферируют колебания, идущие вдоль лучей 1,2и 3.

Свет наблюдается в тех местах экрана, где вторичные волны при интерференции негасят друг друга. Интенсивность дифрагированной волны максимальна там, где колебания складываясь, усиливаются, и на экране возникает дифракционный максимум света – светлое пятно. В тех точках экрана, где колебания складываясь, гасят друг друга, наблюдается темнота,

---

т.е. дифракционный минимум.




Рис. 6
На экране (Рис.6) наблюдаются несколько максимумов и минимумов освещенности справа и слева от центрального светлого «нулевого» пятна.

Углом дифракции φ_maxназывают угол между направлением падающих лучей и лучом, проведенным от середины щели к точке на экране, где находится середина максимума освещенности.

Зависимость интенсивности света I_φв разных точках экрана дается формулой (см. [1]):
, (1)

где I₀– интенсивность в центре экрана,

---

График зависимости интенсивности света I_φ от ^sin

---

Смотрите также файлы

• дістемелік нсау хат 20212022 оу жылы.docx

• Физические свойства молнии.docx

• Балаларды авторлы ертегілеріндегі Ресей жануарлары мен хайуанаттар баыны й жануарлары.docx

• Масаты оушыларды жазы демалыстан шыаннан кейінгі білім дрежел.docx

• Миф как особая форма сознания.docx