Слайд 2
Характерным проявлением волновых свойств света
является дифракция света
— отклонение от прямолинейного распространения
на резких неоднородностях среды
Слайд 3
Дифракция была открыта
Франческо Гримальди в конце XVII в.
Объяснение явления дифракции света дано Томасом Юнгом и Огюстом
Френелем, которые не только дали описание экспериментов по наблюдению явлений интерференции и дифракции света, но и объяснили свойство прямолинейности распространения света с позиций волновой теории
Слайд 4
Принцип
Гюйгенса — Френеля
Для вывода законов
отражения и преломления мы использовали принцип Гюйгенса. Френель дополнил
его формулировку для объяснения явления дифракции
Определите, какое дополнение ввел Френель?
Слайд 5
Принцип
Гюйгенса:
каждая точка волновой поверхности является
источником вторичных сферических волн
Слайд 6
Принцип
Гюйгенса-Френеля:
каждая точка волновой поверхности является источником
вторичных сферических волн,
которые интерферируют между собой
Слайд 7
Задание:
Попробуйте предположить как будет выглядеть дифракционная картина?
Слайд 9
Задание:
Будет ли вид дифракционной картины зависеть от длины
волны (цвета)?
Как будет выглядеть дифракционная картина в белом свете?
Слайд 10
Задание:
Попробуйте предложить идею опыта по наблюдению дифракции
Слайд 11
Построение дифракционной картины
от круглого отверстия
и круглого непрозрачного экрана
Слайд 12
Дифракция от различных препятствий:
а)
от тонкой проволочки;
б) от круглого отверстия;
в) от
круглого непрозрачного экрана.
Слайд 13
Препятствие – круглое отверстие R=3.9
Слайд 14
Препятствие – круглое отверстие R=3.3
Слайд 19
Зоны Френеля
Для того чтобы найти
амплитуду световой волны от точечного монохроматического источника света А
в произвольной точке О изотропной среды, надо источник света окружить сферой радиусом r=ct
Слайд 20
Зоны Френеля
Интерференция волны от вторичных
источников, расположенных на этой поверхности, определяет амплитуду в рассматриваемой
точке P,
т. е. необходимо произвести сложение когерентных колебаний от всех вторичных источников на волновой поверхности
Слайд 21
Зоны Френеля
Так как расстояния от них
до точки О различны, то колебания будут приходить в
различных фазах.
Наименьшее расстояние от точки О до волновой поверхности В равно r0
Слайд 22
Зоны Френеля
Первая зона Френеля ограничивается
точками волновой поверхности, расстояния от которых до точки О
равны:
где — длина световой волны
Слайд 23
Зоны Френеля
Вторая зона:
Аналогично
определяются границы других зон
Слайд 25
Дифракционные картины
от одного препятствия с разным числом открытых
зон
Слайд 27
Интерференционные экстремумы
Если разность хода от двух соседних зон
равна половине длины волны, то колебания от них приходят
в точку О в противоположных фазах и наблюдается интерференционный минимум, если разность хода равна длине волны, то наблюдается интерференционный максимум
Слайд 28
Темные и светлые пятна
Таким образом, если на препятствии
укладывается целое число длин волн, то они гасят друг
друга и в данной точке наблюдается минимум (темное пятно). Если нечетное число полуволн, то наблюдается максимум (светлое пятно)
Слайд 29
Зонные пластинки
На этом принципе основаны
т.н. зонные пластинки
Слайд 31
Получение изображения
с помощью зонной пластинки
Слайд 32
Условия наблюдения дифракции
Дифракция происходит на предметах любых размеров,
а не только соизмеримых с длиной волны
Слайд 33
Условия наблюдения дифракции
Трудности наблюдения заключаются в том, что
вследствие малости длины световой волны интерференционные максимумы располагаются очень
близко друг к другу, а их интенсивность быстро убывает
Слайд 34
Границы применимости
геометрической оптики
Дифракция наблюдается хорошо на расстоянии
Если
, то дифракция невидна и получается резкая тень (d - диаметр экрана).
Эти соотношения определяют границы применимости геометрической оптики
Слайд 35
Границы применимости
геометрической оптики
Если наблюдение ведется на расстоянии
, где d—размер
предмета, то начинают проявляться волновые свойства света
Слайд 36
Соотношения длины волны и размера препятствия
На рис. показана
примерная зависимость результатов опыта по распространению волн в зависимости
от соотношения размеров препятствия и длины волны.
Слайд 37
Интерференционные картины
от разных точек предмета перекрываются, и изображение
смазывается, поэтому прибор не выделяет отдельные детали предмета. Дифракция
устанавливает предел разрешающей способности любого оптического прибора
Слайд 38
Разрешающая способность
человеческого глаза
приблизительно равна одной угловой минуте:
где D — диаметр зрачка; телескопа =0,02'';
у микроскопа увеличение не более 2.103 раз.
Можно видеть предметы, размеры которых
соизмеримы с длиной световой волны
Слайд 39
Дифракционная решетка
Дифракционные решетки, представляющие собой точную систему штрихов
некоторого профиля, нанесенную на плоскую или вогнутую оптическую поверхность,
применяются в спектральном приборостроении, лазерах, метрологических мерах малой длины и т.д
Слайд 42
Дифракционная решетка
Величина d = a + b
называется постоянной (периодом) дифракционной решетки, где а — ширина
щели; b — ширина непрозрачной части
Слайд 43
Дифракционная решетка
Угол - угол отклонения световых волн
вследствие дифракции.
Наша задача - определить, что будет наблюдаться
в произвольном направлении - максимум или минимум
Слайд 44
Дифракционная решетка
Оптическая разность хода
Из условия максимума интерференции
получим:
Слайд 45
Дифракционная решетка
Следовательно:
- формула дифракционной решетки.
Величина k
— порядок дифракционного максимума
( равен 0, 1,
2 и т.д.)
Слайд 46
Определение с помощью дифракционной решетки
Слайд 48
Гримальди Франческо
2.IV.1618 - 28.XII.1663
Итальянский ученый. С 1651 года
- священник.
Открыл дифракцию света, систематически ее изучал и сформулировал
некоторые правила. Описал солнечный спектр, полученный с помощью призмы. В 1662 г. определил величину поверхности Земли.
Слайд 49
Френель Огюст Жан (10.V.1788 - 14.VII.1827)
Французский физик. Научные
работы посвящены физической оптике.
Дополнил известный принцип Гюйгенса, введя
так называемые зоны Френеля (принцип Гюйгенса - Френеля). Разработал в 1818 году теорию дифракции света
Слайд 50
Юнг Томас
13.IV.1773-10.V.1829
Английский ученый. Полиглот. Научился читать
в 2 года. Объяснил аккомодацию глаза, обнаружил интерференцию звука,
объяснил интерференцию света, и ввел этот термин. Измерил длины волн световых лучей. Исследовал деформацию
Слайд 51
Араго Доменик Франсуа
(26.II.1786-2.X.1853)
Французский физик и
политический деятель. Автор многих открытий по оптике и электромагнетизму:
хроматическую поляризацию света, вращение плоскости поляризации, намагничивание железных опилок вблизи проводника с током. Установил связь полярных сияний с магнитными бурями. По его указаниями А.Физо и У.Фуко измерили скорость света, а У.Леверье открыл планету Нептун
Слайд 52
Фраунгофер Йозеф
(6.III.1787- 7.VI.1826)
Немецкий физик.
Научные работы относятся к физической оптике.
Внёс существенный вклад в исследование дисперсии и создание ахроматических линз. Фраунгофер изучал дифракцию в параллельных лучах (так называемая дифракция Фраунгофера).Сначала от одной щели, а потом от многих. Большой заслугой учёного является использование(с 1821 года) дифракционных решеток для исследования спектров (некоторые исследователи считают его даже изобретателем первой дифракционной решетки)
Слайд 53
Пуассон Семион Дени (21.VI.1781 - 25.IV.1840)
Французский
механик, математик, физик, член Парижской академии наук (с 1812
года). Физические исследования относятся к магнетизму, капиллярности, теории упругости, гидромеханике, теории колебаний, теории света. Член Петербургской академии наук (с 1826 года)