Явление дифракции Принцип Гюйгенса-Френеля Метод зон Френеля Дифракция

Скачать презентацию Явление дифракции Принцип Гюйгенса-Френеля Метод зон Френеля Дифракция Скачать презентацию Явление дифракции Принцип Гюйгенса-Френеля Метод зон Френеля Дифракция

16-tema_3_difrakciya.ppt

  • Количество слайдов: 38

>Явление дифракции Принцип Гюйгенса-Френеля Метод зон Френеля Дифракция от круглого отверстия Дифракция от круглого Явление дифракции Принцип Гюйгенса-Френеля Метод зон Френеля Дифракция от круглого отверстия Дифракция от круглого диска Сложение гармонических колебаний. Метод графического сложения амплитуд Дифракция от края полуплоскости и от щели Тема 3. Дифракция света

>Дифракция света - в узком (но наиболее употребительном смысле) - огибание лучами света границы Дифракция света - в узком (но наиболее употребительном смысле) - огибание лучами света границы непрозрачных тел, проникновение света в область геом. тени. В широком смысле - проявление волновых свойств света в предельных условиях перехода от волновой оптики к геометрической По законам геометрической оптики освещенным будет только участок АВ. Согласно волновой теории света – волны могут огибать препятствия, и освещенным будет участок СД (дифракция!). С В А Д Явление дифракции

>Явление дифракции света открыл Франческо Гримальди в конце XVII в.  Francesco Maria Явление дифракции света открыл Франческо Гримальди в конце XVII в. Francesco Maria Grimaldi 1618-1663 Изучая природу света, Гримальди исследовал поведение очень узких световых пучков, что привело его к открытию дифракции (diffractus (лат.) — буквально разломанный, переломанный). Известно, что протяженный источник света (скажем Солнце) дает тени с размытыми краями и что чем меньше источник, тем более резки тени. До какой степени можно довести резкость тени? Гримальди установил, что если использовать в качестве источника света маленькое освещенное булавочное отверстие, то тени снова размываются, более того, появляются параллельные полосы, а по соседству с ними ряды цветных полос. Гримальди проводил свои наблюдения, используя солнечный свет, проникающий в затемненную комнату через маленькую дырочку.

>Эффект дифракции был 'переоткрыт' Гуком в 1672 г.     Объяснение этому Эффект дифракции был 'переоткрыт' Гуком в 1672 г. Объяснение этому явлению было дано Френелем в 1818 г. на основании волновой теории света. Augustin-Jean Fresnel 1788 - 1827

>Каждый элемент волновой поверхности dS является источником вторичных сферических волн    которые Каждый элемент волновой поверхности dS является источником вторичных сферических волн которые интерферируют между собой Принцип Гюйгенса-Френеля

>Согласно принципу Гюйгенса-Френеля:     Все вторичные источники фронта волны, исходящей из Согласно принципу Гюйгенса-Френеля: Все вторичные источники фронта волны, исходящей из одного источника, когерентны между собой. Для вторичных источников справедлив принцип суперпозиции. • Равные по площади участки волновой поверхности излучают равные интенсивности. Амплитуда вторичных волн в направлении, составляющем угол φ с нормалью, тем меньше, чем больше угол φ

>

>Для  определения амплитуды световой волны в точке Р Френель разбил волновую поверхность Для определения амплитуды световой волны в точке Р Френель разбил волновую поверхность на кольцевые зоны (зоны Френеля) такого размера, чтобы расстояния от краев зон до точки Р отличались на λ/2 Метод зон Френеля

>Радиусы зон Френеля радиус т-ой зоны: hm для плоской волны (а→∞): Радиусы зон Френеля радиус т-ой зоны: hm для плоской волны (а→∞):

>Площади зон Френеля площадь т-ой зоны: Площадь т-ой зоны не зависит от т, следовательно Площади зон Френеля площадь т-ой зоны: Площадь т-ой зоны не зависит от т, следовательно площади зон примерно одинаковы (при не слишком больших т) ( Sm-1 , Sm - площади сферических сегментов) rm-1 rm

>Амплитуды колебаний Аm , создаваемых зонами Френеля в точке Р медленно монотонно убывают по Амплитуды колебаний Аm , создаваемых зонами Френеля в точке Р медленно монотонно убывают по мере возрастания номера зоны: A1>A2>A3>…>Am-1>Am>Am+1>… Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, колебание, создаваемое в точке Р поверхностью ∆S :

>

>(в силу монотонности убывания m) (в силу монотонности убывания m)

>Дифракция от круглого отверстия m=2 A=0      I=0 m=4 A=0 Дифракция от круглого отверстия m=2 A=0 I=0 m=4 A=0 I=0 m=1 A=2A0 I=4I0 m=3 A=2A0 I=4I0

>m – нечетно:  m – четно:  (при малых m:   А=2А0 m – нечетно: m – четно: (при малых m: А=2А0 I=4I0) (при малых m: А=0 I=0) (m – число открытых зон)

>.  то число открытых зон: Если a и b удовлетворяют условию: . то число открытых зон: Если a и b удовлетворяют условию:

>Pʹʹ Pʹ P I Pʹʹ Pʹ P I

>По мере увеличения числа открытых полуволновых зон, размер картины уменьшается, приближаясь к диаметру отверстия. По мере увеличения числа открытых полуволновых зон, размер картины уменьшается, приближаясь к диаметру отверстия. т=2 т=3 т=4 т=1

>Дифракция от круглого диска Без диска: С диском: Дифракция от круглого диска Без диска: С диском:

>Диск закрывает  т первых зон (при малых m:   А=А0  Диск закрывает т первых зон (при малых m: А=А0 I=I0)

>Pʹ Pʹʹ P Pʹ Pʹʹ P

>Изменение дифракционной картины при уменьшении диаметра диска (числа закрытых зон) В центре экрана всегда Изменение дифракционной картины при уменьшении диаметра диска (числа закрытых зон) В центре экрана всегда наблюдается светлое пятно (пятно Пуассона). Диаметр и яркость пятна увеличиваются при уменьшении диаметра диска

>Если поставить на пути световой волны пластинку, которая перекрывает все четные или все нечетные Если поставить на пути световой волны пластинку, которая перекрывает все четные или все нечетные зоны, то интенсивность света в точке Р резко возрастает. Такая пластинка называется зонной и действует подобно собирающей линзе.

>Сложение гармонических колебаний.  Метод графического сложения амплитуд Сложение гармонических колебаний. Метод графического сложения амплитуд

>Результирующее колебание: Результирующее колебание:

>

>

>E=E1+ E2+ E3+ E4+ E5 Колебания, возбуждаемые  в точке Р различными  участками E=E1+ E2+ E3+ E4+ E5 Колебания, возбуждаемые в точке Р различными участками первой зоны Френеля:

>Результирующее колебание в точке Р от первых двух зон от первой зоны от первых Результирующее колебание в точке Р от первых двух зон от первой зоны от первых трех зон от всех зон Амплитуда результирующего колебания, создаваемого всеми зонами равна половине амплитуды колебания, создаваемого первой зоной

>т=1 Открыто четное число зон: Открыто нечетное число зон: т=3 т=5 т=2 т=4 т=6 т=1 Открыто четное число зон: Открыто нечетное число зон: т=3 т=5 т=2 т=4 т=6 (светлое пятно) (темное пятно) Интенсивность в центре экрана: Дифракция от круглого отверстия

>Открыты все зоны Открыты все зоны

>закрыта 1 зона закрыто 2 зоны закрыто 3 зоны (светлое пятно) Если закрыто небольшое закрыта 1 зона закрыто 2 зоны закрыто 3 зоны (светлое пятно) Если закрыто небольшое число зон, интенсивность в центре экрана: Дифракция от круглого диска

>Дифракция от края полуплоскости Площади зон не равны. Соотношение площадей: S0 : S1 : Дифракция от края полуплоскости Площади зон не равны. Соотношение площадей: S0 : S1 : S2 : S3 : S4 : S5: … = 1 : 0,41 : 0,32 : 0,27 : 0,23 : 0,22 : … плоская волна

>Спираль Корню (клотоида)  P P Спираль Корню (клотоида) P P

>P P P P P P

>

>Дифракция от щели Изменение дифракционной картины при увеличении ширины щели.   Начальная ширина Дифракция от щели Изменение дифракционной картины при увеличении ширины щели. Начальная ширина соответствует одной открытой полуволновой зоне, конечная - пяти открытым зонам. Дифракцию от щели можно рассматривать как дифракцию от двух полуплоскостей

>Дифракция Френеля на узкой и  широкой щели и  распределение интенсивности света, Дифракция Френеля на узкой и широкой щели и распределение интенсивности света, зарегистрированное с помощью видеокамеры