大學(xué)物理下-衍射14

1、光的衍射一 光的衍射現(xiàn)象 光在傳播過程中若遇到尺寸比光的波長(zhǎng)大得不多的障礙物時(shí)，光會(huì)傳到障礙物的陰影區(qū)并形成明暗變化的光強(qiáng)分布的現(xiàn)象二 惠更斯-菲涅耳原理：波陣面上面元 (子波波源)子波在 點(diǎn)引起的振動(dòng)振幅 并與 有關(guān) .： 時(shí)刻波陣面 *e 菲涅耳指出 波場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)度由各子波在該點(diǎn)的相干疊加決定.三 菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射夫 瑯 禾 費(fèi) 衍 射光源、屏與縫相距無限遠(yuǎn)縫菲 涅 耳 衍 射縫光源、屏與縫相距有限遠(yuǎn)在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)夫瑯禾費(fèi)衍射夫 瑯 禾 費(fèi) 單 縫 衍 射（衍射角 ：向上為正，向下為負(fù) .）衍射角夫 瑯 禾 費(fèi) 單 縫 衍 射一 半波帶法縫長(zhǎng)干涉相消(暗紋)干涉加強(qiáng)(明紋)（介于明

2、暗之間） 個(gè)半波帶 個(gè)半波帶中央明紋中心（ 個(gè)半波帶）二 光強(qiáng)分布干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）(1)第一暗紋距中心的距離第一暗紋的衍射角討 論干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋） 一定， 越大， 越大，衍射效應(yīng)越明顯.光直線傳播 增大， 減小 一定減小， 增大衍射最大第一暗紋的衍射角角范圍 線范圍中央明紋的寬度(2)中央明紋（ 的兩暗紋間）縫寬越小，波長(zhǎng)越大，衍射效應(yīng)越明顯. (3)條紋寬度（相鄰條紋間距）除了中央明紋外其它明紋的寬度干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）(4)單縫衍射的動(dòng)態(tài)變化單縫上移，零級(jí)明紋仍在透鏡光軸上. 單縫上下移動(dòng)，根據(jù)透鏡成像原理衍射圖不變 . (5)入射光非垂直入射時(shí)

3、光程差的計(jì)算（中央明紋向下移動(dòng)） 例1 如圖，一雷達(dá)位于路邊 15m 處，它的射束與公路成 角. 假如發(fā)射天線的輸出口寬度 ，發(fā)射的微波波長(zhǎng)是18mm ，則在它監(jiān)視范圍內(nèi)的公路長(zhǎng)度大約是多少？根據(jù)暗紋條件END解: 將雷達(dá)天線輸出口看成是發(fā)出衍射波的單縫，衍射波能量主要集中在中央明紋范圍內(nèi).一 圓孔衍射艾里斑：艾里斑直徑二 瑞利判據(jù) 對(duì)于兩個(gè)強(qiáng)度相等的不相干的點(diǎn)光源（物點(diǎn)），一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖樣的主極大剛好和另一點(diǎn)光源衍射圖樣的第一極小相重合，這時(shí)兩個(gè)點(diǎn)光源（或物點(diǎn)）恰為這一光學(xué)儀器所分辨.三 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)*光學(xué)儀器的通光孔徑最小分辨角光學(xué)儀器分辨率 1990 年發(fā)射的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的凹

4、面物鏡的直徑為2.4m ，最小分辨角 ，在大氣層外 615km 高空繞地運(yùn)行,可觀察130億光年遠(yuǎn)的太空深處，發(fā)現(xiàn)了500 億個(gè)星系 . 解 (1) (2) 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(zhǎng)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(shí)才能被分辨？光盤的凹槽形成一個(gè)衍射光柵，在白光下能觀察到入射光被分離成彩色光譜。光柵衍射X射線衍射一 光柵 等寬度、等距離的狹縫排列起來的光學(xué)元件.衍射角二 光柵衍射條紋的形成光柵常數(shù)：光柵常數(shù)衍射角b ：透光部分的寬度b ：不透光部分的寬度明紋位置相

5、鄰兩縫間的光程差： 光柵的衍射條紋是衍射和干涉的總效果討 論 條紋最高級(jí)數(shù) 光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越細(xì).(a)1條縫(f)20條縫(e)6條縫(c)3條縫(b)2條縫(d)5條縫一定， 減少， 增大一定， 增大， 增大光柵常數(shù)越小，明紋越窄，明紋間相隔越遠(yuǎn). 入射光波長(zhǎng)越大，明紋間相隔越遠(yuǎn).單縫衍射因子多縫干涉因子 光強(qiáng)分布（光的強(qiáng)度 ）（）當(dāng)（主極大）（）若 則 （極?。┢渲星壹丛趦蓚€(gè)主極大間有 個(gè)極?。ǎ┰?極小之間，必有 個(gè)次極大 主明紋、 暗紋與次明紋結(jié)論：在兩個(gè)主極大（主明紋）間有 個(gè)極小(暗紋)有 個(gè)次極大（次明紋）（）缺級(jí)現(xiàn)象設(shè)衍射角 方向上有（明）同時(shí)有（暗）（）條紋光強(qiáng)受單

6、縫衍射的調(diào)制，與 有關(guān)其結(jié)果是：光柵衍射 方向?yàn)榘导y光柵缺級(jí)現(xiàn)象缺級(jí)條件： （整數(shù)比） 缺級(jí)現(xiàn)象與缺級(jí)條件 則在 處出現(xiàn)缺級(jí)(整數(shù))例 ，則缺級(jí)如圖所示( )，則 缺級(jí)(a)(b)(c)入射光為白光時(shí)，形成彩色光譜.三 衍射光譜一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜連續(xù)光譜：熾熱物體光譜線狀光譜：放電管中氣體放電帶狀光譜：分子光譜衍射光譜分類光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光譜，所以由譜線的成分，可分析出發(fā)光物質(zhì)所含的元素或化合物；還可從譜線的強(qiáng)度定量分析出元素的含量. 例1 用白光垂直照射在每厘米有6500條刻痕的平面光柵上，求第三級(jí)光譜的張角.解紅光紫光 不可見第三級(jí)光譜的張角第三級(jí)光譜所能出現(xiàn)的最大波長(zhǎng)綠光例如二級(jí)光譜重疊部分光譜范圍二級(jí)光譜重疊部分：