大学物理课件光的衍射.ppt
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1、菲涅尔菲涅尔本章本章教学要求:教学要求:了解惠更斯菲涅耳原理。了解惠更斯菲涅耳原理。理解分析单缝夫琅和费衍射暗纹分布规律的方法。会理解分析单缝夫琅和费衍射暗纹分布规律的方法。会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。了解圆孔衍射及分辨率。了解圆孔衍射及分辨率。理解光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位置。会理解光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位置。会分析光栅常量及波长对光栅衍射谱线分布的影响。分析光栅常量及波长对光栅衍射谱线分布的影响。本章重点:本章重点:单缝夫琅和费衍射;圆孔衍射;光栅衍射,缝宽单缝夫琅和费衍射;圆孔衍射;光栅衍射,缝宽(光栅常量)及波长对衍射
2、条纹分布的影响(光栅常量)及波长对衍射条纹分布的影响本章难点:本章难点:半波带,单缝夫琅和费衍射明暗纹分布规律。光栅衍半波带,单缝夫琅和费衍射明暗纹分布规律。光栅衍射条纹缺级和主极大条纹位置与条纹数。射条纹缺级和主极大条纹位置与条纹数。内容11.1 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯-菲涅尔原理菲涅尔原理11.2 单缝衍射单缝衍射11.3 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器分辨率光学仪器分辨率11.4 光栅衍射光栅衍射11.5 晶体的晶体的X射线衍射射线衍射11.1 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯-菲涅尔原理菲涅尔原理光的衍射现象光的衍射现象光沿直线传播光沿直线传播若缝隙的宽度很小以致与光
3、波长相当时,屏上若缝隙的宽度很小以致与光波长相当时,屏上有何图样?有何图样?衍射光在传播过程中若遇到尺寸比光的波长大得不多的障碍物时,光会传到障碍物的阴影区并形成明暗变化的光强分布的现象光将在受限制的方向上扩展透光线度越小,衍射效应越强惠更斯惠更斯-菲涅尔原理菲涅尔原理惠更斯原理仅指出波传播的几何规律O空间某点 的光强?菲涅尔发展了惠更斯原理:同一波阵面上各次级子波相干叠加给出下一个波阵面上各点的振动情况,因此衍射光强的分布就由这些次级子波在相遇点的相干叠加决定。:波阵面上面元:波阵面上面元 ( (子波波源子波波源) ): 时刻波阵面时刻波阵面 *eC:为比例常数;为比例常数;:为倾斜因子:为
4、倾斜因子P点的振动:点的振动:衍射现象的分类观察屏观察屏 衍射屏衍射屏光源光源有有限限远远有有限限远远 光源光源衍射屏衍射屏观察屏观察屏菲菲涅涅尔尔衍衍射射泊泊松松亮亮斑斑*Sp衍射屏衍射屏观察观察屏屏光源光源无无限限远远无无限限远远*Sp光栅光栅观察观察屏屏光源光源夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射11.2 单缝衍射单缝衍射DS 装置和现象装置和现象L1L2GEG:单缝:单缝E:屏幕屏幕L1、 L2透镜透镜a讨论*S f f1a 透镜透镜L1透镜透镜L2pBA缝平面缝平面G观察屏观察屏E0条纹出现的原因与入射方向成与入射方向成的所有子波光线聚焦于的所有子波光线聚焦于P点,点,P点点的光强是单缝处各面元
5、上平行光的相干叠加的光强是单缝处各面元上平行光的相干叠加中央明纹aABO中央明中央明纹中心纹中心通过狭缝的所有光线没有光程差,故干涉相长aABO中央明纹中心中央明纹中心O若透镜中心与狭缝中心不重合,中央明纹何在?中央明纹在透镜的光轴上单缝上下移动,干涉条纹图样不变。单缝上下移动,干涉条纹图样不变。确定明暗纹的位置*S f f1a 透镜透镜L1透镜透镜L2pBA缝平面缝平面G观察屏观察屏E0平行光线之间的光程差来自衍射角平行光线之间的光程差来自衍射角明暗纹位置与衍射角明暗纹位置与衍射角 有关有关菲涅尔半波带法夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射(衍射角(衍射角 :向上为正,向下为负):
6、向上为正,向下为负)衍射角衍射角两条边缘光线光程差为CBA用平行于AC面彼此相距 的平面分割BC,故AB波阵面也被分割为相距 的若干波阵面,这些被分割的面称为半波带a)各半波带面积相等,子波数各半波带面积相等,子波数相同,各波带在相同,各波带在P点所产生的光点所产生的光振动振幅近似相等。振动振幅近似相等。 b)相邻两半波带在相邻两半波带在P点所产生点所产生的光振动完全抵消。的光振动完全抵消。(相邻半波带上对应点到相邻半波带上对应点到P点的光程点的光程差为半个波长)差为半个波长)P点的明暗取决于半波带的个数分割出偶数个干涉相消,暗暗分割出奇数个干涉相长,明明( 个半波带)个半波带)干涉相消干涉相
7、消( (暗纹暗纹暗纹暗纹) ) ) )干涉加强干涉加强( (明纹明纹明纹明纹) )(介于(介于明明暗暗之间)之间) 个半波带个半波带 个半波带个半波带中央明纹中心中央明纹中心明纹公式中k0,因为k=0处在中央明纹范围内,仅为中央明纹的一部分。单缝衍射的光强分布干涉相消(干涉相消(暗纹暗纹暗纹暗纹)干涉加强(干涉加强(明纹明纹明纹明纹)讨论中央明纹的宽度角宽度角宽度为为中央明纹线宽度中央明纹线宽度为为xI0 x1x2衍射屏衍射屏透镜透镜观测屏观测屏x0 f 11级暗纹对应的衍射角xI0 x1x2衍射屏衍射屏透镜透镜观测屏观测屏x0 f 1K级明纹宽度白光衍射焦平面焦平面DOaP1P1 当白光入射
8、时,中央明纹两侧将出现由当白光入射时,中央明纹两侧将出现由紫到红的彩色条纹。紫到红的彩色条纹。推论:推论:一级明纹对应衍射角:一级明纹对应衍射角: 一定,一定, 越大,越大, 越大,衍射效应越明显越大,衍射效应越明显。光直线传播光直线传播 增增大大, 减减小小 一定一定减减小小, 增增大大衍射最大衍射最大第一暗纹的衍射角第一暗纹的衍射角 影响衍射效应的参量矢量图解法例例2 2、水银灯发出的波长为、水银灯发出的波长为546nm546nm的绿色平行光,垂直的绿色平行光,垂直入射于宽入射于宽0.437mm0.437mm的单缝,缝后放置一焦距为的单缝,缝后放置一焦距为40cm40cm的的透镜,试求在透
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- 大学物理 课件 衍射