- •Фгб оу впо
- •Изучение явления интерференции света с помощью бипризмы френеля
- •Введение
- •Xm m и xm1 (m 1).
- •Метод измерения и описание аппаратуры
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Изучение дифракции света в сходящихся лучах (дифракция френеля)
- •Введение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы Задание 1. Определение отношения интенсивностей света в точке р
- •Задание 2. Экспериментальная проверка формулы (5) для числа m зон Френеля, открываемых отверстием радиуса r
- •Контрольные задания
- •Список литературы
- •Изучение явления дифракции света в параллельных лучах (дифракция Фраунгофера)
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •1. Определение длинны световой волны
- •2. Определение толщины нити
- •Контрольные вопросы
- •Изучение дифракции Фраунгофера на дифракционной решетке
- •Введение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •1. Наблюдение дифракции Фраунгофера при нормальном падении света на дифракционную решетку; определение периода решетки
- •2. Наблюдение дифракции Фраунгофера при косом падении света на дифракционную решетку; определение эффективного периода решетки
- •3. Наблюдение дифракционной картины с помощью тонкой собирающей линзы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование спектров поглощения и пропускания
- •Введение
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение основных явлений поляризации света
- •Введение
- •1.1 Поляризация электромагнитных волн
- •1.2 Методы получения поляризованного света
- •1.3 Закон Малюса
- •I i0cos2,
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание
- •301, 302, 303, 304, 305, 336
Контрольные вопросы
Что называется интерференцией света?
Какие источники называются когерентными?
Почему невозможно получить интерференционную картину от двух произвольных монохроматических источников света?
Как можно получить когерентные источники света?
В чем состоит метод получения когерентных источников света с помощью бипризмы Френеля?
Каковы условия максимального усиления и ослабления освещенности при интерференции света?
Рассмотрите общий случай интерференции волн, исходящих из двух точечных когерентных источников, и выведите формулу для определения длины волны света.
Что такое угловая ширина зоны интерференции и ширина интерференционной полосы?
Как определяется в данной работе расстояние между мнимыми источниками S1 и S2?
Каким образом можно уменьшить относительную погрешность измерения длины волны света на данной установке?
Список литературы
1. Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1989.-Т.3.
2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Изд-во «Академия», 2003. – 720 с.
3. Ландсберг Г.С. Оптика. Учебное пособие: Для вузов. – 6-е изд., стереотип. – М.: Физматлит, 2003. – 848 с.
Селезнёв В.А., Тимофеев Ю.П. Методические указания к вводному занятию в лабораториях кафедры физики. – М.: МИИТ, 2006. – 30 с.
Работа 302
Изучение дифракции света в сходящихся лучах (дифракция френеля)
Цель работы: изучение дифракционных явлений при распространении сферической световой волны через круглое отверстие в непрозрачном экране.
Приборы и принадлежности: источник света – газовый (He-Ne) лазер, оптическая скамья с сантиметровой шкалой, собирающая линза, диафрагма, отражающий экран, фотоэлемент, микроамперметр.
Введение
При распространении света в среде с резкими неоднородностями наблюдается явление дифракции, то есть нарушение законов геометрической оптики, приводящее к отклонению распространения света от прямолинейного вблизи краев непрозрачных тел. Данное явление обусловлено волновой природой света. В случае, когда дифракция наблюдается в сходящихся (непараллельных) лучах, говорят о дифракции Френеля.
Рис. 1
Рассмотрим дифракцию Френеля на примере распространения сферической световой волны через круглое отверстие в непрозрачном экране. Для того, чтобы определить действие световой волны в какой-либо точке Р на линии ОО' (рис. 1), воспользуемся методом зон Френеля. Разобьем открытую волновую поверхность на кольцевые зоны Френеля, построенные таким образом, чтобы расстояние от краев соседних зон до точки Р отличалось на половину длины волны λ/2.
Рис. 2
Определим площади и радиусы зон Френеля. Согласно рис. 2, имеет место соотношение
, (1)
где rm – радиус зоны Френеля под номером m;
R – радиус волновой поверхности;
hm – высота сферического сегмента, выделяемого внешней границей m-й зоны;
b – расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения P;
–расстояние от точки P до границы зоны Френеля под номером m.
Ввиду малости λ при небольших значениях m можно пренебречь слагаемым, содержащим λ2. С учетом этого приближения из формулы (1) следует
(2)
Так как площадь сферического сегмента Sm 2Rhm, выражение для площади m-й зоны имеет вид
. (3)
Следовательно, площади зон Френеля примерно одинаковы (ΔSm не зависит от m).
Полагая hm R, из соотношения (1) получим для радиуса зоны Френеля под номером m выражения rm 2Rhm, или с учетом (2),
. (4)
Очевидно, если rm является одновременно радиусом r рассматриваемого отверстия в экране, то оно открывает часть волнового фронта, на котором умещается число зон Френеля, равное
. (5)
Интенсивность света в точке наблюдения Р зависит от числа m открытых зон Френеля. Колебания, возбуждаемые в точке Р вторичными источниками от аналогичных участков соседних зон, будут находиться в противофазе, то есть ослаблять друг друга (по определению расстояния до указанных участков от точки Р отличаются на λ/2). Следовательно, если отверстие открывает четное число зон Френеля, в точке Р наблюдается минимум освещенности, нечетное – максимум.
Амплитуды колебаний, возбуждаемых зонами в точке Р, в соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля образуют монотонно убывающую последовательность
A1 > А2 > . . . > Am-1 >Am > Am+1 > . . .
Это связано с тем, что площади зон примерно одинаковы, а расстояния bm от зоны до точки наблюдения Р увеличиваются с ростом m. Кроме того, от центральной зоны к периферическим увеличивается угол между нормалью к элементам зоны и направлением на точку Р (см. рис. 1). Амплитуда результирующего колебания равна алгебраической сумме амплитуд:
A A1 A1 A3 A4 . . . (6)
Здесь знак минус учитывает, что фазы колебаний, возбуждаемые соседними зонами, отличаются на .
Преобразуем выражение (6) к виду
(7)
Вследствие монотонного убывания Аm можно приближенно считать, что . Тогда выражения в скобках будут равны нулю, и амплитуда колебания в точкеР, возбуждаемого полностью открытым волновым фронтом, окажется равной А A1/2. Если отверстие открывает только одну центральную зону Френеля, то амплитуда колебания равна А А1, то есть в два раза больше. Соответственно интенсивность I в точке Р (которая пропорциональна квадрату амплитуды) при одной открытой зоне в четыре раза больше, чем при полностью открытом волновом фронте так как I ~ А2 [2].
Как следует из соотношения (5), при фиксированных длине волны излучения λ, размерах отверстия r и расстоянии между источником света S и точкой наблюдения Р освещенность в точке Р будет зависеть от положения экрана – расстояний R и b.