大學(xué)物理-單縫衍射

1、同學(xué)們好,佛光，是“佛祖顯靈”還是自然奇觀？佛光曾出現(xiàn)在泰山、峨眉山、廬山等地，游客發(fā)現(xiàn)：在云霧漫漫的山中，當(dāng)陽光普照時，突然就會出現(xiàn)一圈七彩光環(huán)，在光環(huán)中央能清晰地看到一個黑色的影子，有頭有身，如同一尊“佛祖”正在打坐。有趣的是，游客的頭搖一搖，“佛祖”的頭也會跟著相應(yīng)的變化，周圍游客每個人看到的佛影的變化也都和自己的動作有關(guān)，而佛光里卻始終只有一個佛影。 佛家認(rèn)為，只有與佛有緣的人才能看到佛光，因?yàn)榉鸸馐菑姆鸬拿加铋g放射出的救世之光，吉祥之光。真的是這樣嗎？ 其實(shí)佛光并不神秘，它只是一種特殊氣候和地理環(huán)境下形成的光學(xué)現(xiàn)象。如何解釋佛光的形成機(jī)理呢？我們一起尋找答案吧,第十三章 光的衍射,本

2、章教學(xué)內(nèi)容,光的衍射現(xiàn)象和惠更斯-菲涅耳原理,單縫夫瑯禾費(fèi)衍射,光柵夫瑯禾費(fèi)衍射,X射線在晶體上的衍射,光學(xué)儀器的像分辨本領(lǐng),基 本 要 求,第十三章 光的衍射,掌握單縫夫瑯禾費(fèi)衍射的分析方法（半波帶法和振幅矢量疊加法）與條紋分布規(guī)律 2. 掌握光柵夫瑯禾費(fèi)衍射的分析方法與條紋分布規(guī)律 3. 了解X射線在晶體上的衍射 4. 理解圓孔衍射和光學(xué)儀器的像分辨本領(lǐng),1. 衍射現(xiàn)象,光偏離直線傳播路徑進(jìn)入幾何陰影區(qū)，并形成光強(qiáng)非均勻穩(wěn)定分布,波遇到障礙物時，繞過障礙物進(jìn)入幾何陰影區(qū),一.惠更斯-菲涅耳原理,2.惠更斯-菲涅耳原理,成功：可解釋衍射成因，用幾何法作出新的波面，推導(dǎo)反射、折射定律,不足：不

3、能定量說明衍射波的強(qiáng)度分布,介質(zhì)中波動傳播到的各點(diǎn)都可以看作是發(fā)射子波的波源，而在其后的任意時刻，這些子波的包絡(luò)就是新的波前,惠更斯原理,2)菲涅耳原理,子波,3. 衍射分類,菲涅爾衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射,二. 單縫夫瑯和費(fèi)衍射,1. 裝置,小錄象,中央明紋中心,P處光強(qiáng)可由菲涅耳公式計(jì)算,介紹確定P光強(qiáng)的兩種簡便方法,2. 半波帶法（半定量方法,衍射角為 的一束平行光線的最大光程差,對應(yīng)中央明紋中心,明暗紋條件,注意,練習(xí)1：在單縫夫瑯和費(fèi)衍射示意圖中，所畫出的各條正入射光線間距相等，那么光線1與3在屏幕上P點(diǎn)上相遇時的位相差為 ，P點(diǎn)應(yīng)為 點(diǎn),解：1)由圖可知最大光程差asin=2，于是單縫波

4、陣面可分為4個半波帶，1與3光程差為 ，在P點(diǎn)相遇時相位差為0 rad； 2)偶數(shù)個半波帶（4個）的光線到屏上兩兩抵消，故P點(diǎn)為暗點(diǎn),二者明暗紋條件是否相互矛盾,討論,不矛盾！單縫衍射不是兩相干光線的光程差，而是衍射角為 的一束光線的最大光程差,單縫衍射明暗紋條件中K值為什么不能取零,條紋角寬度,中央明紋,其余明紋,中央明紋角寬度為其余明紋角寬度的兩倍,條紋線寬度,中央明紋,其余明紋,中央明紋線寬度為其余明紋線寬度的兩倍,中央明紋集中大部分能量，明條紋級次越高亮度越弱,條紋亮度分布是否均勻，為什么,條紋隨、a 的變化,若 ，則為直線傳播,若用白光照射,單縫夫瑯禾費(fèi)衍射,單縫夫瑯禾費(fèi)衍射,單縫衍

5、射的動態(tài)變化,單縫上下移動，根據(jù)透鏡成像原理衍射圖不變,單縫上移，零級明紋仍在透鏡光軸上,若是平行光非垂直入射，得出光程差公式和明暗紋條件,a,a,3. 振幅矢量疊加法（定量,兩相鄰光線光程差,兩相鄰光線相位差,每條光線在屏上引起光振動振幅相等,令,即中央明紋中心處振幅,則,明紋,暗紋,1.在單縫夫朗和費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，屏上第三級暗紋對應(yīng) 的單縫處可劃分為 個半波帶，若將縫寬減小一 半，原來第三級暗紋處將是第 級 紋,練習(xí),2.平行單色光垂直入射在縫寬為 a = 0.15 mm的單縫上， 縫后有焦距為 f = 400 mm 的凸透鏡，在其焦平面上 放置屏幕，測得屏幕上中央明紋兩側(cè)的兩個第三級 暗紋

6、之間的距離為 8 mm，則入射光的波長為 =,2.條紋,三、圓孔夫瑯和費(fèi)衍射,中央亮紋： 愛里斑,集中大部分能量,角寬度為其余明紋2倍,半角寬度,明暗相間同心圓環(huán),由于衍射現(xiàn)象，會使圖像邊緣變得模糊不清，使圖像分辨率下降,需要規(guī)定客觀、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),3. 光學(xué)儀器分辨率,小錄象,瑞利（英.18421919）因?yàn)闅怏w密度研究和發(fā)現(xiàn)氬榮獲1904年諾貝爾物理獎,瑞利準(zhǔn)則：第一個象的愛里斑邊沿與第二個象的愛里斑中心重合恰能分辨,能夠分辨、不能分辨、恰能分辨三種情況比較,光學(xué)儀器分辨率,提高分辨率途徑,光學(xué)鏡頭直徑越大，分辨率越高,采用波長較短的光，也可提高分辨率,例1 設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm，而在可見光中，人眼最敏感的波長為550nm，問,1) 人眼的最小分辨角有多大,2) 若物體放在距人眼25cm（明視距離）處，則兩物點(diǎn)間距為多大時才能被分辨,解,1,2,例1