Сформулируйте принцип Гюйгенса–Френеля.

Первый уровень

Что такое дифракция?

Дифракция (от лат. diffractus — разломанный) волн, явления, наблюдаемые при прохождении волн мимо края препятствия, связанные с отклонением волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием.

Сформулируйте принцип Гюйгенса–Френеля.

каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени.

Что такое фронт волны?

Волновой фронт - это поверхность, до которой дошли колебания к данному моменту времени. Волновой фронт является частным случаем волновой поверхности.

Что такое волновая поверхность?

Волновая поверхность — геометрическое место точек, испытывающих возмущение обобщенной координаты в одинаковой фазе. Если источником волны является точка, то волновые поверхности в однородном и изотропном пространстве представляют собой концентрические сферы.

Какая особенность наблюдается в поведении волн при их дифракции?

Отклонение волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием. Из-за дифракции волны огибают препятствия, проникая в область геометрической тени.

Возникает при любом(амплитудном или фазовом) локальном нарушении волнового фронта

При каких условиях наблюдается дифракция Френеля?

При каких условиях наблюдается дифракция Фраунгофера?

Если источник света и точка наблюдения расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку наблюдения, образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции Фраунгофера или дифракции в параллельных пучках. В противном случае, говорят о дифракции Френеля или дифракции в сходящихся пучках.

Как делится на зоны Френеля волновая поверхность?

Разделим поверхность волны S на кольцевые зоны, для этого проведем из точки Р сферы радиусом Ро,
Ра=РО+λ/2, Рв=Ра+ λ/2=РО+ 2λ/2, Рс=Рв+ λ/2=РО+3 λ/2
(О-точка пересечения поверхности волны с линией PQ)

Кольцеобразные участки поверхности волны «вырезаемые» из нее этими сферами, и называются зонами Френеля

Амплитуда колебаний медленно убывает с возрастанием номера зоны, а фазы колебаний, вызываемых в Р – смежными зонами, противоположны
Волны из соседних зон гасят друг друга, и все четные дают вклад в результирующую амплитуду одного знака, а все нечетные зоны -противоположного знака. Это значит, что интенсивность света в точке наблюдения можно усилить во много раз, если прикрыть все четные, или наоборот нечетные зоны Френеля. Оставшиеся неприкрытые зоны будут усиливать действие друг друга

Разность хода любых двух соседних лучей от их источников до некоторой нормали АВ к лучам(волновой поверхности дифрагированного пучка света) должна равняться половине длины волны света: Ʌ= λ/2

Как соотносятся по фазе колебания в точках, расположенных в соседних зонах Френеля?

Колеблются в противофазе

Как соотносятся по фазе колебания, возбужденные в точке наблюдения волнами, пришедшими от соседних зон Френеля?

В противофазе гасят друг друга

Чему равна амплитуда колебаний, возбужденных в точке наблюдения, если в круглом отверстии в непрозрачном экране укладывается нечетное число зон Френеля?

При нечетном числе N=3,5,7…(2n+1), где n=1,2,3…, амплитуда вектора напряженности электрического поля Emφ= Em1 ~ Em/N, обеспечивает максимально интенсивность света на экране

Imax = αE²mφ ~Iв/N²

Запишите условие возникновения минимумов при дифракции Фраунгофера на одной щели.

При N=2m из формулы b*sinφ=Nλ/2,

Получим условие дифракционных минимумов (Imin):

b*sinφ= ±mλ

Второй уровень

1. Опишите метод зон Френеля. Покажите, как рассчитывается и чему равна амплитуда колебаний в точке наблюдения: а) при полностью открытой сферической волновой поверхности; б) при наличии

экрана с круглым отверстием, в котором укладывается нечетное число зон Френеля; в) при наличии экрана с круглым отверстием, в котором укладывается четное число зон Френеля.

2. Получите выражение для расчета интенсивности световых волн при дифракции на одной щели. Из этого выражения получите условия возникновения максимумов и минимумов.

3. Получите выражение для расчета интенсивности световых волн при дифракции на дифракционной решетке. Из этого выражения получите условия возникновения главных максимумов и главных минимумов.

4. Объясните, почему при дифракции на нескольких параллельных щелях (дифракционной решетке) возникают дополнительные максимумы и минимумы. От чего зависит их количество?

 

Третий уровень

1. Получите выражение для расчета интенсивности световых волн при дифракции на одной щели для случая наклонного падения волн. Из этого выражения получите условия возникновения максимумов и

минимумов.

2. Получите выражение для расчета интенсивности световых волн при дифракции на дифракционной решетке для случая наклонного падения волн. Из этого выражения получите условия возникновения

главных максимумов и главных минимумов.

3. Получите выражение для расчета интенсивности световых волн при дифракции на отражательной дифракционной решетке. Из этого выражения получите условия возникновения главных максимумов и

главных минимумов.

4. Покажите, от чего зависит количество главных максимумов при дифракции на нескольких одинаковых параллельных щелях (дифракционной решетке).

5. Докажите, что в центре тени от круглого непрозрачного экрана может наблюдаться яркое пятно (пятно Пуассона). Проанализируйте, от чего зависит его яркость.

Первый уровень

Что такое дифракция?

Дифракция (от лат. diffractus — разломанный) волн, явления, наблюдаемые при прохождении волн мимо края препятствия, связанные с отклонением волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием.

Сформулируйте принцип Гюйгенса–Френеля.

каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени.

Что такое фронт волны?

Волновой фронт - это поверхность, до которой дошли колебания к данному моменту времени. Волновой фронт является частным случаем волновой поверхности.