2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：衍射和偏振

1、衍射和偏振第三十五章開篇問題由于衍射的存在，光學(xué)顯微鏡有一個(gè)有效的最大放大倍率,如何計(jì)算這個(gè)倍率?它可以顯示最小物體的尺寸該如何判定呢?1819年，奧古斯丁菲涅爾(1788-1827)，提交給法國科學(xué)院光的波動(dòng)理論,預(yù)言并解釋了干涉和衍射效應(yīng)。西蒙泊松(1781-1840)根據(jù)菲涅耳的波動(dòng)理論推斷，如果光從一個(gè)點(diǎn)光源照射到小圓盤上，圓盤邊緣發(fā)生衍射會在陰影的中心產(chǎn)生一個(gè)亮斑。弗朗索瓦阿拉戈進(jìn)行試驗(yàn)，果然在陰影的中心看到亮點(diǎn)。這是對波動(dòng)理論的有力證據(jù)。如果光是波，單色點(diǎn)光源照射小圓盤后會在陰影中心形成一個(gè)亮斑下圖是使用相干激光點(diǎn)光源照射物體時(shí)產(chǎn)生的陰影照片。 (a)硬幣 (b)刀片 (c)單縫請

2、注意:陰影的中心及邊緣中央亮斑;陰影邊緣亮暗相間的條紋。35-1單縫或圓孔衍射一束單色平行光通過寬度為a的狹縫。它們相位相同，所以會在屏幕上出現(xiàn)中央亮紋。 考慮光線移動(dòng)角度，使得從狹縫上方的光線比從底部邊緣到達(dá)屏幕時(shí)，正好多出一個(gè)波長。在這個(gè)角度下對應(yīng)的屏幕上將會發(fā)生什么？每條穿過狹縫下半部的光線(1、2)都將會和穿過上半部相應(yīng)的光線(1、2)干涉相消。（兩個(gè)）半波帶的劃分這個(gè)角度下屏幕上將會出現(xiàn)暗紋。由圖中可見角度關(guān)系1122考慮更大角度（三個(gè)）半波帶的劃分例如頂端光線比底端光線經(jīng)過路程多 3/2 狹縫底部三分之一的光線會與中間三分之一的光線相差半個(gè)波長，發(fā)生干涉相消(1與1)。狹縫頂部三分

3、之一的光線(1)仍會到達(dá)屏幕，所以會有一個(gè)亮紋出現(xiàn)。此處亮紋沒有=0處亮紋那么明亮。111更大角度下（四個(gè)）半波帶的劃分該角度下產(chǎn)生一個(gè)暗紋依此類推，產(chǎn)生明/暗紋的條件奇數(shù)個(gè)半波帶偶數(shù)個(gè)半波帶最低強(qiáng)度(強(qiáng)度為零)都產(chǎn)生在 在m=0處對應(yīng)一個(gè)光強(qiáng)最大值。在光強(qiáng)最小值之間，相對較小的極大強(qiáng)度大約出現(xiàn)在單縫衍射強(qiáng)度sin注意，中央極大值不僅比其他的極大值要高，而且中央條紋( )還兩倍寬于其他的條紋( )例題 35-1 單縫衍射最大值波長為750nm的光通過一個(gè)寬度為0.001mm的縫隙。在20cm處屏幕上觀察，中央亮紋有多寬？(a)用角度表示。(b)用厘米表示。分析： 中央最大值亮紋的寬度可以用一側(cè)

4、最小值暗紋中心到另一側(cè)最小值暗紋中心的距離來表示。解答 ：(a)第一個(gè)暗紋出現(xiàn)在所以=49。這個(gè)角度為中心到第一個(gè)暗紋處，如右圖。所以整個(gè)角度為它的兩倍，即98(b)中央最大亮度條紋寬度為2x，所以 注意： 光線穿過一個(gè)小孔會在一個(gè)很大的范圍出現(xiàn)亮斑，但是由于光強(qiáng)分布在一個(gè)很大的區(qū)域上，亮度不會很高。在這里由于的值很大，所以我們不能使用近似( )。練習(xí)A 在例題35-1中使用的是紅光(波長750nm)。如果用575nm的黃光代替，中央亮條紋會變寬還是變窄？概念性例題 35-2 ：衍射傳播 光照射到如圖所示的矩形孔，水平邊比豎直邊要寬。(a)預(yù)測衍射圖案，在豎直方向?qū)掃€是水平方向?qū)挘?b)如果一個(gè)矩形揚(yáng)聲器喇叭安裝在體育場，是要高而窄還是寬而扁呢？解答： (a)由可以得出，如果使狹縫(寬度a)變窄，衍射范圍更寬。所以矩形孔的衍射在豎直方向?qū)⒏黠@。(b)對于一個(gè)揚(yáng)聲器，所需的聲音傳播方向是近似水平，所以喇叭應(yīng)該又高又窄。 透鏡的分辨率：透鏡對距離相近的兩個(gè)點(diǎn)對象成不相重合像的能力。 限制因素：（一）透鏡像差（不討論）（二）衍射35-4孔徑大小對光學(xué)分辨率的影響左圖所示為經(jīng)圓孔的衍射后形成的光強(qiáng)分布。如