波的衍涉精品課件

1、波的衍涉第1頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四第1講 單縫衍射主要內(nèi)容： 惠更斯-菲涅爾原理、單縫衍射 、重點(diǎn)要求： 衍射的強(qiáng)度分布的主要特征及其定量的計(jì)算難點(diǎn)理解： 半波帶法數(shù)學(xué)方法： 三角函數(shù)取值分析典型示例： 單縫衍射課外練習(xí)： P261:1,3,4第2頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四 媒質(zhì)中波動(dòng)傳到的各點(diǎn)都可看作是發(fā)射子波的波源，任一時(shí)刻這些子波的包跡就是該時(shí)刻的波陣面惠更斯原理 一、波的衍射現(xiàn)象 惠更斯-菲涅爾原理1. 惠更斯原理第3頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四平面波S1S2u t球面波R1oS1S2R2

2、第4頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四AB2. 波的衍射 惠更斯原理子波的包跡決定新的波陣面，能說明光線偏離直線路徑傳播衍涉現(xiàn)象。第5頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四光的衍射現(xiàn)象光源障礙物幾何陰影區(qū) 光能繞過障礙物進(jìn)入幾何陰影區(qū)，并出現(xiàn)光強(qiáng)的不均勻分布。第6頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四光源障礙物接收屏光源障礙物接收屏1） 菲涅耳衍射2） 夫瑯和費(fèi)衍射 光源障礙物接收屏距離為有限遠(yuǎn)。光源障礙物接收屏距離為無限遠(yuǎn)。據(jù)光源、觀察屏的障礙物之間的距離，光的衍射分為第7頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期

3、四 菲涅爾原理：同一波陣面上的子波在空間相遇也可產(chǎn)生干涉現(xiàn)象.積分非常困難3. 惠更斯原理 菲涅爾原理(1) 各子波初相相同，在P點(diǎn)的相位（2）振幅與面元ds成正比，與p 點(diǎn)到ds的距離成反比，而 且與傾角有關(guān)。Sprn第8頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四光強(qiáng)S1.夫瑯和費(fèi)單縫衍射二、單縫衍射第9頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四2.衍射公式ABaA,B兩條平行光線之間的光程差 BC=asinasinC 作平行于AC的平面,使相鄰平面之間的距離等于入射光的半波長.（位相差） 如圖把AB波陣面分成AA1，A1A2，A2B波帶.兩相鄰波帶對(duì)應(yīng)點(diǎn)AA

4、1中A1和AA2中A2，到達(dá)P點(diǎn)位相差為，光程差為/2。所以任何兩個(gè)相鄰波帶所發(fā)出的光線在P點(diǎn)相互抵消.當(dāng)BC是/2的偶數(shù)倍，所有波帶成對(duì)抵消，P點(diǎn)暗，當(dāng)BC是/2的奇數(shù)倍，所有波帶成對(duì)抵消后留下一個(gè)波帶，P點(diǎn)明。A2A1第10頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四結(jié)論第11頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四3.圖象特點(diǎn)1) 形狀分布f透鏡焦距0yPK=1,2,3,暗紋K=1,2,3,明紋第12頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四f透鏡焦距0yP 其各級(jí)明紋的寬度，通?？醋魇窍噜弮蓷l暗紋的寬度。Isin第13頁，共32頁，202

5、2年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四4. 狹縫寬度對(duì)衍射圖象的影響a時(shí),角很小,各級(jí)條紋集中在中央明紋附近,分辨不清，單一明條紋幾何光學(xué)。第14頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四例：在夫瑯和費(fèi)單縫實(shí)驗(yàn)中，垂直入射的平行單色光波長為=605.8nm，縫寬a=0.3mm，透鏡焦距f=1m。求：（1）中央明紋寬度；（2）第二級(jí)明紋中心至中央明紋中心的距離；（3）相應(yīng)于第二級(jí)和第三級(jí)明紋，可將單縫分出多少個(gè)半波帶，每個(gè)半波帶占據(jù)的寬度是多少？第15頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四0p一、光柵及其衍射ab光柵： 大量的等間距平行單縫組成的光學(xué)元件。d=

6、a+b光柵常數(shù)1 光柵及其衍射 光柵衍射圖樣是由單縫內(nèi)許多子波的干涉（單縫衍射）以及縫間對(duì)應(yīng)的子波彼此相干疊加（縫間干涉）而形成。因此，它是單縫衍射和多縫干涉的綜合效果。第16頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四第2講 光柵衍射主要內(nèi)容： 光柵衍射重點(diǎn)要求： 光柵衍射圖像的特點(diǎn)及其成因難點(diǎn)理解： j明條紋缺級(jí)數(shù)學(xué)方法： 三角函數(shù)取值分析典型示例： 光柵衍射課外練習(xí)： P261:5,7第17頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四相鄰兩束光的光程差=(a+b)sind0p干涉加強(qiáng)，明紋位置。=(a+b)sin=k -(1) (k=0,1,)2. 光柵方程第

7、18頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四3.光柵衍射條紋的缺級(jí)dsin=k (k=0,1,) (k=1,)光柵明紋公式單縫衍射中K級(jí)暗紋公式PS第19頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四3 條紋特點(diǎn)寬度間距光程差共N條縫，分成兩半暗紋（一級(jí)）衍射角明條紋很窄，銳利上半部分下半部分d0p2）條紋間距明條紋間分得很開1）條紋寬度第20頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四3) 條紋強(qiáng)度* N條縫：振幅：光強(qiáng)：* 一條縫：振幅光強(qiáng)光柵譜線特點(diǎn)與單縫衍射的情況相比,光柵衍射明紋要明亮、尖銳得多；明紋之間彼此也分得很開，形成明銳且清晰可辨的

8、譜線。AI=A2NAI=(NA)2第21頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四例: 波長為=632.8nm的平行單色光垂直入射到某光柵上，設(shè)該光柵每毫米刻有500條刻痕，相鄰刻痕間透光部分寬度為1000nm，求(1)光柵常數(shù);(2)一共能觀察到多少根明條紋?解:第22頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四例:一衍射光柵,每厘米有400條透光縫,每條透光縫寬度為 a=110-5m,在光柵后放一焦距f=1m的凸透鏡,現(xiàn)以=500nm的單色平行光垂直照射光柵,求(1)透光縫a的單縫衍射中央明條紋寬度為多少?(2)在該寬度內(nèi),有幾個(gè)光柵衍射主極大?解:(1)由單

9、縫衍射中央明條紋寬度公式,(2)在由單縫衍射第一級(jí)暗紋公式asin=,所確定的內(nèi),按光柵衍射主極大的公式,即兩式聯(lián)立第23頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四第3講 光學(xué)儀器分辨率 X射線衍射 主要內(nèi)容：光學(xué)儀器分辨率 X射線衍射 重點(diǎn)要求：光學(xué)儀器分辨率 難點(diǎn)理解： 圓孔衍射典型示例：望遠(yuǎn)鏡分辨率課外練習(xí)： P263:8,9,12第24頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四1 . 夫瑯和費(fèi)圓孔衍射衍射圖象：明暗相間的同心圓。愛里斑占入射光強(qiáng)的84%，光源透鏡透鏡圓孔，DI2若愛里斑的直徑為d一、光學(xué)儀器的分辨率第25頁，共32頁，2022年，5月20

10、日，10點(diǎn)36分，星期四1) 瑞利判據(jù)點(diǎn)物象L2f2ASS1Sf2S1SSS1LO2 . 光學(xué)儀器的分辨率第26頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四瑞利給出恰可分辨兩個(gè)物點(diǎn)的判據(jù)：S1S2S1S2S1S2可分辨恰可分辨不可分辨100%73.6%第27頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四 滿足瑞利判據(jù)的兩物點(diǎn)間的距離，就是光學(xué)儀器所能分辨的最小距離。對(duì)透鏡中心所張的角稱為最小分辨角。=1.22/D 光學(xué)儀器中將最小分辨角的倒數(shù)稱為儀器的分辨本領(lǐng)。2) 最小分辨角 分辨本領(lǐng)第28頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四例：月地間距約設(shè)從

11、月亮出射的光波長為550 nm，用直徑D=4 mm的天文望遠(yuǎn)鏡觀察月亮，能分辨出的月亮上兩點(diǎn)間的最小距離是多少？8.64m第29頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四 電子以極高的速度或能量撞擊陽極A的表面，陽極吸收了高速電了的能量之后，便會(huì)發(fā)出X射線。其特點(diǎn)是： 1) 在電磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 2) 穿透力強(qiáng) 3) 波長較短的電磁波，范圍在0.001nm10nm之間 二、 X 射線的衍射 布喇格公式AK高壓1.X射線第30頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四天然晶體可以看作是光柵常數(shù)很小的空間三維衍射光柵。勞厄的實(shí)驗(yàn)裝置,如圖：BCP鉛版天然晶體乳膠板 在乳膠板上形成對(duì)稱分布的若干衍射斑點(diǎn)，稱為勞厄斑。2. 勞厄的實(shí)驗(yàn)第31頁，共32頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期四二、布喇格公式同一晶面上相鄰原子散射的光波的光程差為 AD-BC=