Принцип Гюйгенса-Френеля рассматривается до изучения дифракции. Предлагается познакомить учащихся с этим принципом лишь в связи с объяснением дифракционных явлений; поэтому здесь он приобретает служебную роль. Изучение геометрической оптики, например явлений отражения и преломления света на основе принципа Гюйгенса программа по физике для средней школы не предусматривает.

Вначале рекомендуется поставить опыты с водяными волнами, демонстрирующие дифракцию на малых экранах, а затем на малых отверстиях. Опыты с плоскими волнами ставятся в таком порядке:

· Размеры экрана велики – за экраном наблюдается резкая область геометрической тени;

· Размеры экрана во много раз меньше – наблюдается дифракция волн.

· Размеры отверстия велики – наблюдается резкая область тени;

· Размеры отверстия малы – наблюдается загибание волн в область геометрической тени;

Обращается внимание, что позади экрана в центре дифракционной картины образуется светлая точка, окруженная системой темных и светлых колец и заходящая в область геометрической тени. В случае отверстия центр дифракционных колец может быть светлым или темным в зависимости от расстояния до отверстия. При перемещении к нему центр экрана последовательно становится светлым и темным.

Желательно подчеркнуть, что дифракция получается и от больших экранов, но в этом случае она образуется далеко за ними и интенсивность света на больших расстояниях бывает недостаточной. Остается объяснить, как образуется явление дифракции в области геометрической тени и там, где, казалось, можно было бы ожидать равномерную освещенность.

Этот случай легко разъяснить с качественной стороны, пользуясь принципом Гюйгенса-Френеля.

На волновой ванне с помощью параллельных вибраторов, насажанных на одну стальную пластинку, получается несколько систем круговых волн. В проекции на экране видно, как образуется волновая поверхность, огибающая все круговые волны одинаковых радиусов. Явление желательно рассмотреть при помощи стробоскопа.

Разъясняется, что точка фронта световой волны в любой момент времени находятся в одинаковых фазах и сами являются источниками вторичных волн. Желая узнать, как дальше распространится фронт волны, из каждой её точки надо провести окружности одинаковых радиусов R=ct, изображающие вторичные волны; здесь с – скорость света; а R – расстояние, на которое он распространяется за время t. Огибающая их поверхность и является новым фронтом волны. Линии, перпендикулярные к этому фронту, совпадают с направлением распространения света.

Френель показал, что вторичные волны, интерферируя, гасят друг друга и свет обнаруживается лишь на огибающей поверхности. Поэтому фронт световой волны движется только вперед.

На доске вычерчивается график (рис 12.), на котором с помощью принципа Гюйгенса-Френеля поясняется причина загибания света в область геометрической тени и появление темных мест там, где по законам геометрической оптики должен быть свет.

Пусть плоская волна PQ падает на экран АВ (см.рис.12). Часть этой волны задерживается экраном, другая часть будет распространяться в том же направлении. Плоские волны изображены на рисунке сплошными штриховыми линиями. Точки на этих линиях колеблются в противоположных фазах.

Точки А и В плоской волны являются центрами вторичных волн, распространяющихся за малым экраном во всех направлениях. Они показаны концентрическими окружностями. За экраном, где фазы колебаний точек одинаковы, колебания усиливаются (например, в D, C, E), а если противоположны, то гасят друг друга (например, в K, L, M, N).