大學(xué)物理光的衍射課件-002

光在傳播過程中遇到障礙物，能夠繞過障礙物的邊緣前進(jìn)這種偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射現(xiàn)象。光的衍射1標(biāo)題添加點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容總體概述點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容標(biāo)題添加點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容2縫較大時(shí)，光是直線傳播縫變小，衍射現(xiàn)象明顯陰影屏幕屏幕一、光的衍射現(xiàn)象：1光的衍射惠更斯-菲涅耳原理3

光的衍射問題的歷史由來：17世紀(jì)初，格里馬耳迪（意大利）發(fā)現(xiàn)光的衍射現(xiàn)象。1801年托馬斯.楊提出了干涉原理，解釋了光的干涉現(xiàn)象；1803年用光的干涉原理解釋光的衍射現(xiàn)象。4

光的衍射問題的歷史由來：1818年,巴黎科學(xué)院舉行了一次以解釋衍射現(xiàn)象為內(nèi)容的科學(xué)競(jìng)賽。菲涅耳以惠更斯的波振面作圖以及楊的干涉原理相結(jié)合方式建立了一般的衍射理論?；莞?菲涅耳原理：1）子波只能向前傳播，且傳播方向上任一點(diǎn)的振幅與距離成反比；2）傳播方向上任一點(diǎn)的強(qiáng)度，決定于所有子波在該點(diǎn)疊加的合振幅。5夫瑯禾費(fèi)衍射菲涅爾衍射點(diǎn)光源夫瑯禾費(fèi)衍射平行光平行光點(diǎn)光源（實(shí)際中常見）（實(shí)驗(yàn)室常用）二.衍射分類：菲涅爾衍射與夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)室：6夫瑯禾費(fèi)單縫衍射衍射角（衍射角：向上為正，向下為負(fù).）菲涅耳波帶法一半波帶法縫長(zhǎng)干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）（介于明暗之間）（個(gè)半波帶）個(gè)半波帶個(gè)半波帶中央明紋中心二光強(qiáng)分布干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）

當(dāng)

角增加時(shí)，半波帶數(shù)增加，未被抵消的半波帶面積減少，所以光強(qiáng)變小。當(dāng)增加時(shí),為什么光強(qiáng)的極大值迅速衰減？當(dāng)較小時(shí)，干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）討論（1）第一暗紋距中心的距離第一暗紋的衍射角一定，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）單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？

單縫實(shí)驗(yàn)（縫寬度變化對(duì)條紋的影響）越大，越大，衍射效應(yīng)越明顯.入射波長(zhǎng)變化，衍射效應(yīng)如何變化?（3）條紋寬度（相鄰條紋間距）干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）除了中央明紋外的其他明紋、暗紋的寬度

討論：下面單縫衍射圖中，各條入射光線間距相等，問：（1）光線1與3在幕上P

點(diǎn)相遇時(shí),兩光振動(dòng)的相位差是多少？（2）P

點(diǎn)是明還是暗？

答：（1）1，3光線在P

點(diǎn)相遇時(shí),兩光振動(dòng)的位相差為.（2）P

點(diǎn)是暗點(diǎn).縫長(zhǎng)RP135135例1一單色平行光垂直入射一單縫，其衍射第三級(jí)明紋位置恰好與波長(zhǎng)為600nm的單色光垂直入射該縫時(shí)衍射的第二級(jí)明紋位置重合，試求該單色光的波長(zhǎng).解

例：一束波長(zhǎng)為

=5000?的平行光垂直照射在一個(gè)單縫上。已知單縫衍射的第一暗紋的衍射角1=300，求該單縫的寬度b=?解：一級(jí)暗紋k=1,1=30021例、一束波長(zhǎng)為

=5000?的平行光垂直照射在一個(gè)單縫上。b=0.5mm，f=1m，如果在屏幕上離中央亮紋中心為x=3.5mm處的P點(diǎn)為一亮紋，試求(a)該P(yáng)處亮紋的級(jí)數(shù)；(b)從P處看，狹縫處的波陣面可分割成幾個(gè)半波帶？(b)當(dāng)k=3時(shí)，狹縫處波陣面可分成7個(gè)半波帶。22單縫衍射：暗揚(yáng)氏雙縫干涉：明干涉與衍射的區(qū)別與聯(lián)系1、從根本上講，都是波的相干疊加，沒有原則區(qū)別。注意：2、干涉：，衍射：23例：在單縫夫朗和費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，屏上第3級(jí)暗紋對(duì)應(yīng)的單縫處波面可劃分為———個(gè)半波帶？若將縫寬縮小一半，原來第3級(jí)暗紋處將是——紋。例：波長(zhǎng)為600nm的單色平行光，垂直入射到縫寬為b=0.60mm的單縫上，縫后有一焦距f=60cm的透鏡。在透鏡焦平面上觀察衍射圖樣.則中央明紋寬度為———。兩個(gè)第3級(jí)暗紋之間的距離為———。明61.2mm3.6mm24例：寬度為b的狹縫被白光照射，若紅光（l=6500A）的一級(jí)暗紋落在f=30o的位置上，則b多大？若同時(shí)有l(wèi)，的光的一級(jí)明紋落在此處，則此為什么顏色的光？解：則25PQR例1：如圖，波長(zhǎng)為的單色平行光垂直照射單縫，若由單縫邊緣發(fā)出的光波到達(dá)屏上P、Q、R三點(diǎn)的光程差分別為2、2.53.5，比較P、Q、R三點(diǎn)的亮度。解題思路：第二級(jí)暗紋第二級(jí)明紋第三級(jí)明紋26衍射光柵：由大量等間距、等寬度的平行狹縫所組成的光學(xué)元件。光柵常數(shù)：a+b數(shù)量級(jí)為10-5~10-6m一、光柵衍射現(xiàn)象:3衍射光柵27ba光柵觀察屏光柵條紋主極大二、光柵衍射條紋的形成

光柵方程28三、光柵衍射圖樣特點(diǎn)因此，光柵衍射圖樣是多縫干涉，光強(qiáng)分布受單縫衍射光強(qiáng)分布調(diào)制。l/b-l/bsinfIsinfl/(a+b)sinf02l/(a+b)29※光柵衍射明紋的位置只與（a+b）有關(guān)，與縫的個(gè)數(shù)N無關(guān)?！鈻懦?shù)（a+b)越小，即N越多，明紋間隔大，明紋越亮?！旁谡凵渎蕿閚的液體中n·(a+b)·sin

f=k

30四、斜射

PfO31五、衍射光譜(a+b)·sin

f

=k

級(jí)次越高，光譜越寬，第二級(jí)譜線與第三級(jí)譜線已開始發(fā)生重疊。k=ok=1k=2k=3重疊區(qū)※不同元素有特定的光譜，由譜線的成分分析發(fā)光物質(zhì)所含的元素。譜線是元素的“指紋”。32k

就是所缺的級(jí)次即：（原則上可取k’＝1，2，3…，但必須同時(shí)滿足k為整數(shù)。）如：令k’＝2,4,6,…得k＝3，6，9…處缺級(jí)b

·sinf

=k'

(a+b)·sinf=k

縫間干涉極大單縫衍射極小六、缺級(jí)現(xiàn)象33解：340級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)5級(jí)6級(jí)7級(jí)9級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)5級(jí)6級(jí)7級(jí)9級(jí)8級(jí)缺級(jí)8級(jí)缺級(jí)4級(jí)缺級(jí)4級(jí)缺級(jí)35※屏上看見的條紋數(shù)

再考慮缺級(jí)，對(duì)稱性及中央明紋。36第一級(jí)暗環(huán)對(duì)應(yīng)的衍射角稱為艾里斑的半角寬：1、艾里斑的半徑：4、圓孔衍射光學(xué)儀器分辨率光源接收屏艾里斑障礙物371.22(/D)sinI/I00艾里斑比較：?jiǎn)慰p衍射，中央明紋半角寬度：2、瑞利判據(jù)大多數(shù)光學(xué)儀器中的透鏡是圓形的，可看做透光孔（圓孔）。38瑞利判據(jù)：如果一物點(diǎn)在像平面上形成的愛里斑中心，恰好落在另一物點(diǎn)的衍射第一級(jí)暗環(huán)上，這兩個(gè)物點(diǎn)恰能被儀器分辨。D0*S2*S1最小分辨角：39若透鏡的焦距f，則愛里斑的半徑：

恰可分辨S1S2S1S2不可分辨S1S2可分辨40例：在夜間，人眼瞳孔的直徑約為5.0毫米，在可見光中，人眼最靈敏的波長(zhǎng)為5500A,此時(shí)人眼的最小分辨角為_______，在迎面駛來的汽車上，兩盞前燈相距12厘米，當(dāng)汽車離人的距離為________時(shí)，眼睛恰好可分辨這兩盞燈？41※分辨率：可見提高分辨率：※增大孔徑（天文、攝影）最小分辨角的倒數(shù).※用紫光或紫外線作光源※電子顯微鏡（利用電子束的波動(dòng)性成像）42#

X

射線是波長(zhǎng)很短的電磁波。#

X射線的波長(zhǎng)：0.01~10nm

陽(yáng)極（對(duì)陰極）陰極X射線管~104105V+#在電磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。X射線的衍射43問