Контрольные вопросы

1. Что представляет собой свет?

2. Что называют интерференцией?

3. Какие лучи дают устойчивую интерференционную картину?

4. Приведите примеры интерференции в природе, практического использования этого явления.

5. Дайте определение оптической разности хода световых лучей.

6. Как связана разность фаз с оптической разностью хода?

7. Выпишите условия максимума (минимума) при интерференции.

8. В чем состоит способ получения интерференционной картины, предложенной Ньютоном?

9. Можно ли получить светлое пятно в центре интерференционной картины в отраженном свете?

10. Покажите, как с помощью колец. Ньютона можно определить радиус кривизны линзы.

11. Как можно определить длину волны монохроматического света с помощью колец Ньютона?

Лабораторная работа № 3 изучение явлений, обусловленных дифракцией

Цель работы:наблюдение дифракции света на дифракционной решетке, определение длины волны света и периода дифракционной решетки.

Оборудование: дифракционная решетка, щель, оптическая скамья, источники света (ртутная лампа, лампа накаливания).

Введение

Дифракцией называется явление огибания волнами препятствий. Применительно к световым волнам дифракция означает проникновение света в область геометрической тени. Одним из наиболее распространенных технических средств для создания дифракционных эффектов служит дифракционная решетка. Дифракционной решеткой называется тонкая структура, содержащая ряд параллельных равноотстоящих и близко расположенных друг от друга щелей.

Расстояние d между серединами соседних щелей или сумма прозрачной a и непрозрачной b частей называется постоянной дифракционной решетки d = a+b (рис. 6).

Рис. 6. Схема хода лучей в дифракционной решетке

При падении плоской световой волны на решетку каждый элемент её поверхности становится источником вторичных когерентных волн. Результирующее световое колебание в любой точке пространства определяется согласно принципу Гюйгенса-Френеля суммированием вторичных волн, приходящих в данную точку от всех элементов решетки, с учетом их амплитуд и фаз.

Если на пути волн за решеткой поставить собирающую линзу, то в плоскости будет наблюдаться дифракционная картина (рис. 7). Дифракционную картину можно наблюдать непосредственно глазом, воспринимая лучи, прошедшие сквозь решетку. Роль линзы в этом случае играет хрусталик глаза.

m = –2 m = –1 m = 0 m = 1 m = 2

m = –2 m = –1 m = 0 m = 1 m = 2

Рис. 7. Схема получения дифракционной картины

от дифракционной решетки и дифракционный спектр

Главные дифракционные максимумы возникают в тех направлениях, для которых оптическая разность хода лучей, идущих от соседних щелей решетки, равна целому числу длин волн :

.

(9)

Из рис. 6 видно, что оптическая разность хода лучей, идущих от двух соседних щелей под углом дифракции :

.

(10)

Таким образом, углы дифракции, под которыми наблюдаются максимумы, определяются условием:

,

(11)

здесь m = 0, ±1, ±2... – порядок дифракционного максимума.

Из формулы (11) следует, что если падающий свет содержит несколько различных длин волн, то решетка разложит его в спектр (рис. 7).

В направлении началь­ного распространения света (φ = 0) возникает максимум нулевого порядка (m = 0). Справа и слева от него возникнут сплошные или линейчатые спектры различных порядков (m = ±1, ±2...). В каждом из спектров максимумы более коротких длин волн располагаются ближе к центральной полосе.

Угловой дисперсией спектрального прибора D_φ называют величину:

,

где dφ – угловое расстояние между близкими спектральными линиями;

dλ – разность длин волн этих спектральных линий.

Для нахождения конкретного вида выражения D_φ продифференцируем уравнение (11). Тогда получим:

,

где m – максимальный порядок спектра, который можно получить с помощью дифракционной решётки, d – период решетки, φ – угол между нормалью и направлением на m-й порядок спектра (Для малых φ: D_φ = m/d).

Линейной дисперсией называют величину, численно равную отношению расстояния dl на экране (или фотопластинке) между близкими спектральными линиями к разности dλ длин волн этих спектральных линий . Из рис.8 следует, что при малых φ отрезокdl=f dφ, где f – главное фокусное расстояние линзы. Тогда .

Рис. 8. Пояснение к определению линейной дисперсии