皮偉光的衍射PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1皮偉光的衍射皮偉光的衍射2一. 光的衍射1.現(xiàn)象S? a縫寬2.定義： 光在傳播過程中能繞過障礙物的邊緣而偏離直線傳播的現(xiàn)象叫光的衍射。第1頁/共50頁33. 惠更斯菲涅耳原理（Huygens-Fresnel principle）第2頁/共50頁43. 惠更斯菲涅耳原理（Huygens-Fresnel principle） 空間任一點的光振動是所有這 些子光波在該點的相干疊加。 波振面上每一點都可以看成 發(fā)出球面子波的新波源惠更斯：子波的概念菲涅爾：子波干涉（子波相干疊加）的思想第3頁/共50頁54. 分類SP有限遠夫朗和費衍射無限遠SPf f菲涅耳衍射近場衍射遠場衍射第4頁/共50頁

2、6AB第5頁/共50頁7二、單縫的夫瑯和費衍射單縫的夫瑯和費衍射實驗光路圖衍射角 : *S f f a透鏡L透鏡LpB縫平面觀察屏0A第6頁/共50頁81 明暗條紋出現(xiàn)的條件明暗條紋出現(xiàn)的位置2條紋寬度（中心條紋、相鄰明或暗條紋的間距）如何準確描述?oxx x 第7頁/共50頁9 半波帶法AB221122aC第8頁/共50頁10A2A1ABCafsin32BCa 亮紋P第9頁/共50頁11A2A1ABCafsin42BCa暗紋A3P第10頁/共50頁12u縫被分成偶數(shù)個半波帶sin(21)2ak u縫被分成奇數(shù)個半波帶中央明紋明紋中心：sinak 1,2,3,k 暗紋中心：1,2,3,k 0

3、u 第11頁/共50頁13 入射光斜入射到單縫上0i （）iBA明紋中心暗紋中心sinsinaai (21)2k k 1,2,3k sinsinaai 邊緣第12頁/共50頁14中央明紋中心+1級暗紋中心-1級暗紋中心+1級明紋中心條紋位置和寬度： k級暗紋位置：級暗紋位置：tankkxf sinkkaff -1級明紋中心f -2級暗紋中心-2級明紋中心+2級明紋中心+2級暗紋中心1,2,3,.k ox第13頁/共50頁15122xxfa 中 央暗 級明紋寬度級明紋寬度k(1)kkkxxx 明暗暗fa 中央明紋線寬度為其它明紋寬度的兩倍 中央明紋寬度 k級明紋位置：級明紋位置：(21)2kka

4、xf 1,2,3,.k 中央明紋半角寬度:1a 暗第14頁/共50頁16 中央明紋寬度隨縫寬的變化：2 fxa 中 央第15頁/共50頁17 條紋間距隨光波波長的變化：fxa 第16頁/共50頁18單縫衍射的相對光強分布：sina1IOIo0.0470.0172aa-2a-第17頁/共50頁19干涉與衍射的區(qū)別與聯(lián)系?課堂思考與討論p共同點：1.干涉與衍射都是光的波動性的體現(xiàn)；2.光的相干疊加的結(jié)果。p不同點：（共同點與不同點）1.相干光束數(shù)量不同 2. (雙縫)干涉與（單縫）衍射的條紋分布特點不同第18頁/共50頁20-10-50510-10-50510-10-50510-10-50510第

5、19頁/共50頁21第20頁/共50頁22三、光柵衍射1 .基本概念u光柵大量等寬等間距的平行狹縫(或反射面) 構(gòu)成的光學(xué)元件。u種類：d反射光柵d透射光柵u光柵常數(shù):daba是透光（或反光）部分的寬度b是不透光(或不反光)部分的寬度dab第21頁/共50頁232.光柵衍射本質(zhì)光柵衍射圖樣是單縫衍射和多光束干涉的綜合效果。P0Pd第22頁/共50頁24u明紋（主極大）位置 sindk 光柵方程0,1,2,k u缺級 sin0,1,2,3dkk 1,3sin,2nan 單縫衍射極小多光束干涉極大如果某一同時滿足以上兩式，則k級主極大缺級dkna 缺級級次缺級次數(shù)缺級條件：P0Pd第23頁/共50

6、頁251n 4k(4)da sin4d第一次缺級第四級缺級sinIdkna sina第24頁/共50頁26單縫衍射光強曲線條紋位置由多縫干涉決定，強度受到單縫衍射的調(diào)制。多縫衍射光強曲線多縫干涉光強曲線u 衍射光強分布：第25頁/共50頁27問題： 1.在屏幕上觀測到的譜線的最高級次？ 2.缺級能否避免？ 3. 光柵有何用途？4.判定光柵性能的指標？第26頁/共50頁28例1 在夫瑯禾費單縫衍射實驗中，波長為 的單色光垂直入射在寬度為 的單縫上，對應(yīng)于衍射角為 的 方向，單縫處波振面可分成的半波帶 數(shù)目 = ？ 4a 30o 答案：4個 第27頁/共50頁29例例2 2 在在夫瑯和費單縫衍射實

7、驗中，波長為夫瑯和費單縫衍射實驗中，波長為 的單色光垂直入射在寬度為的單色光垂直入射在寬度為a的單縫上，的單縫上，如果中央條紋兩旁第三個暗條紋之間的距如果中央條紋兩旁第三個暗條紋之間的距離為離為 x，求透鏡的焦距，求透鏡的焦距 f。32xx 暗33tanxf 暗暗3sinf 暗3fa 第28頁/共50頁30例3 波長為 的單色光垂直照到光柵上， 測得第二級主極大的衍射角為 ，第 三級缺級。求： 光柵常數(shù) 透光縫的最小寬度 a 若=600nm,a=2um,實際呈現(xiàn)的全部級數(shù)為多少？ 第29頁/共50頁31光柵光譜白光（350770nm）的光柵光譜是連續(xù)譜：0級 1級2級-2級-1級(白)3級-3

8、級k 一定時， ，210sin kkd 正入射：主極大位置也不同，形成同一級光譜。不同顏色光的完整光譜條件：minmax)1( kk第30頁/共50頁32第31頁/共50頁33四 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)1. 圓孔的夫瑯禾費衍射圓孔孔徑為DL衍射屏觀察屏中央亮斑（愛里斑）1 f 22. 1sin1 D愛里斑D 愛里斑變小集 中 了 約84% 的衍射光能。（Airy disk）相對光強曲線1.22(/D)sin1I / I00第32頁/共50頁342. 透鏡的分辯本領(lǐng)幾何光學(xué)： 物點 象點物（物點集合） 象（象點集合）（經(jīng)透鏡）波動光學(xué) ：物點 象斑物（物點集合） 象 （象斑集合）（ 經(jīng)透鏡） 衍射限

9、制了透鏡的分辨能力。第33頁/共50頁35兩個光點剛可分辨非 相 干 疊加兩個光點不可分辨 瑞利判據(jù)對于兩個等光強的非相干的物點，一個象斑的中心恰好落在另一象斑的邊緣可以分辨的。（Rayleigh criterion）：如果（第一暗紋處），則此兩物點被認為是剛剛?cè)粝蟀咴倏拷筒荒芊直媪?。?4頁/共50頁36小孔（直徑D）對兩個靠近的遙遠的點光源的分辨離得太近不能分辨瑞利判據(jù)剛能分辨離得遠可分辨第35頁/共50頁37D22.11 22. 11DR RD ID*S1S20最小分辨角（angle of minimum resolution）：分辨本領(lǐng)（resolving power）：第36頁/共

10、50頁38 不可選擇，RD 可可望遠鏡： 世界上最大的光學(xué)望遠鏡：建在了夏威夷山頂。世界上最大的射電望遠鏡：建在了波多黎各島的地球表面僅1012W的功率，D = 305 mArecibo，能探測射到整個也可探測引力波。D = 8 m第37頁/共50頁39顯微鏡：D不會很大，R 可可 在正常照明下，人眼瞳孔直徑約為3mm， 電子顯微鏡分辨本領(lǐng)很高，的結(jié)構(gòu)。電子 ：0.1A 1A（10 -2 10 -1 nm）可分辨約 9m 遠處的相距 2mm 的兩個點 夜間觀看汽車燈，遠看是一個亮點，逐漸移近才看出是兩個燈。對 = 0.55 m（5500A）的黃光， 1，可觀察物質(zhì)第38頁/共50頁40 189

11、5年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了高速電子撞五 X 射線的衍射（ diffraction of X-rays ）1. X 射線的產(chǎn)生擊固體可產(chǎn)生一種能使膠片感光、空氣電離、熒光質(zhì)發(fā)光的中性射線， 稱為 X 射線。-KAX射線X射線管+K 陰極，A 陽極加速陰極發(fā)射的熱電子 A K間加幾萬伏高壓，X 射線管的結(jié)構(gòu)如下：第39頁/共50頁41威廉 . 倫琴1845 1923 由于發(fā)現(xiàn)X射線獲1901年（首屆）諾貝爾物理獎Wilhelm C.Rntgen德國人第40頁/共50頁42ddddsin12晶面ACB2. X 射線在晶體上的衍射. 衍射中心：: 掠射角d ： 晶面間距.同一層晶面上點間散射光的干涉：

12、每個原子都是散射子波的波源。.面間散射光的干涉：dCBACsin2 NaCl d =0. 28nm符合反射定律的散射光加強（晶格常數(shù)）第41頁/共50頁43散射光干涉加強條件： kd sin2 烏利夫 布拉格公式三. 應(yīng)用 已知、 可測d 已知、d可測 X 射線晶體結(jié)構(gòu)分析。 X 射線光譜分析。），（21 k共同獲得了1915年的諾貝爾物理學(xué)獎。布拉格父子（W.H.Bragg， W.L.Bragg ）由于利用X射線分析晶體結(jié)構(gòu)的杰出工作，第42頁/共50頁44威廉 .亨利 . 布拉格（父）威廉 . 勞倫斯 . 布拉格（子）1862 19421890 1971第43頁/共50頁45干涉、衍射總結(jié)

13、什么叫干涉？ 什么叫衍射？ 為什么有干涉？ 為什么有衍射？ cos22121IIIII總球面子波；子波干涉 雙縫、等傾、劈尖、牛頓環(huán)、邁克爾遜干涉儀 單縫衍射、圓孔衍射干涉條件： 單縫衍射條件： k明2) 12(k暗sina2) 12(k明22k暗第44頁/共50頁46光柵衍射 干涉 +衍射主極大：sindk .2,1,0k 缺 級dkka光柵光譜 完整光譜條件：minmax)1( kkX射線衍射),2 ,1( ,sin2 kkd第45頁/共50頁47干涉、單縫衍射條紋特征 干涉衍射物理量物理量kxkekrkxke半波帶數(shù)2)sin(sinia半波帶數(shù)kx中央明xkx 明明第46頁/共50頁48必須記住的公式