大学物理(下)21光的衍射.ppt

1,光的衍射单缝夫琅和费衍射,第十九章 光的衍射,19.1 单缝夫琅和费衍射,2,光的衍射单缝夫琅和费衍射,19.1.1 光的衍射现象 19.1.2 惠更斯菲涅耳原理 19.1.3 单缝夫琅和费衍射 小结,返回,19.1 单缝夫琅和费衍射,3,光的衍射单缝夫琅和费衍射,（障碍物的线度与 相接近）,现象：, 光绕弯传播, 屏上有明暗条纹,如把狭缝换成小圆孔，不透明的小圆盘，细针 都可观察到衍射现象。,19.1 单缝夫琅和费衍射,19.1.1 光的衍射现象,返回,4,光的衍射单缝夫琅和费衍射,（研究波的衍射的理论基础）,菲涅耳补充：从同一波阵面上各点发出的子波是同位相的相干波，它们在空间相遇可产生干涉。,惠更斯：光波阵面上每一点都可以看作新的子波源，以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵面。,解释不了光强分布！,19.1.2 惠更斯菲涅耳原理,5,光的衍射单缝夫琅和费衍射,理论上解释惠更斯菲涅耳原理：,设： 在 点的光振幅为 ，,说明波不能向后传播,则 由下列因素决定：,如用惠更斯菲涅耳原理讨论I（精确） 复杂,用图解法（菲涅耳半波带法）讨论I（近似） 简单,6,光的衍射单缝夫琅和费衍射,衍射的分类,（根据观察方式的不同）,光源,光源,衍射屏,观察屏,为夫琅和费衍射（远场衍射）;,否则为菲涅耳衍射（近场衍射）.,返回,7,光的衍射单缝夫琅和费衍射,C,中央明纹中心,D,缝边缘两点A、B发出的光线至P点的光程差：,E,菲涅耳半波带法,19.1.3 单缝夫琅和费衍射,8,光的衍射单缝夫琅和费衍射,单缝AB可分成AE、EB两部分,AE、 EB 各自都被称为一个半波带,若在AE内任取一点M，总可在EB内找到一点N，使其发出的光与M点发出的光之间的光程差为 / 2，则这两点的光相消。,所以两半波带内各点的光皆可对应相消，于是 P 点为暗条纹中心!,C,A,B,E,9,光的衍射单缝夫琅和费衍射,若在某衍射角 的方向上，单缝被分成了偶数个半波带，,即,则衍射光在此方向上形成暗条纹中心,推广：,若,，则单缝即可被分为n个半波带,显然，单缝能被分成的半波带的数目，与从单缝发出的衍射光的衍射角 有关：, 越大,n 越大,10,光的衍射单缝夫琅和费衍射,C,单缝AB被分成三个半波带，相邻两个半波带相消，剩下一个半波带没有抵消，在屏上形成明纹。光强比中央明纹弱。,推广：,若单缝AB被分成奇数个半波带,即,则衍射光在此方向上形成明条纹中心,若单缝AB不被分成半波带的整数倍，,则 P 点光强介于明、暗条纹之间。,11,光的衍射单缝夫琅和费衍射,中央明纹中心,明条纹中心,暗条纹中心,衍射明暗纹条件：,=,0,条纹角位置：,=,0,12,光的衍射单缝夫琅和费衍射,条纹线位置：,0,中央明纹中心,明条纹中心,暗条纹中心,13,光的衍射单缝夫琅和费衍射,暗条纹中心：,中央明纹的宽度,角宽度,线宽度,其它明纹的宽度,角宽度,线宽度,14,光的衍射单缝夫琅和费衍射,条纹特点：,以中央明纹为对称中心，明暗相间，与狭缝平行的直条纹， 中央明纹的宽度是其它明纹宽度的 2 倍，随着级次k 的增大， 明条纹的光强度在迅速减小。,I,的光强都集中在中央明纹内！,15,光的衍射单缝夫琅和费衍射,白光入射：,中央仍为白色明条纹，两侧是由紫到红的 彩色条纹，级次增大，条纹有重叠。,明纹角宽度,不变,光变成直线传播，衍射现象消失。,波动光学变成几何光学。,单色平行光斜入射,演示,16,光的衍射单缝夫琅和费衍射,P,P,C,C,D,O,P,P,O,入射光线或衍射光线在法线上侧时、 取+号，在法线下侧时 、 取 - 号,17,光的衍射单缝夫琅和费衍射,衍射和干涉的关系：,本质相同：,都是波相干叠加的结果。,涉及的对象和讨论的方法不同：,有限多个相干光束相干叠加叫干涉；,波阵面上无限多个子波相干叠加叫衍射。,在同一现象中二者常同时存在。,返回,例1：,设有波长为的单色平行光,垂直照射到缝宽a =15 的夫琅和费单缝衍射装置上，求, 屏上相应位置的明暗情况及条纹级次;, 最多能看到第几级明纹.,解: ,2个半波带,暗纹,第1级,3个半波带,明纹,第1级,6个半波带,暗纹,第3级,=14.5,19,光的衍射单缝夫琅和费衍射,例2：,单缝夫琅和费衍射，若将缝宽缩小一半，焦平面上原来3 级暗纹处，现在明暗情况如何？,1级明纹,解：,20,光的衍射单缝夫琅和费衍射,例3：,用 的单色平行光垂直入射到宽 a=0.4mm 的单缝上，透镜焦距 f=60cm，A，B 两点发出的光交于P点， P点两分振动的位相差为 .,求：P点距透镜焦点O的距离 x,解：,P点在哪？,在中央明条纹内部,返回,21,光的衍射单缝夫琅和费衍射,小结：,一、惠更斯菲涅耳原理,光的波阵面上每一点都可以看作新的子波源，以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵面。从同一波阵面上各点发出的子波是同位相的相干波，它们在空间的相干叠加决定了光强在空间的分布。,二、衍射的分类,为夫琅和费衍射（远场衍射）;,否则为菲涅耳衍射（近场衍射）.,22,光的衍射单缝夫琅和费衍射,三、单缝夫琅和费衍射,中央明纹中心,明条纹中心,暗条纹中心,明暗纹条件：,=,0,23,光的衍射单缝夫琅和费衍射,条纹角位置：,=,0,条纹线位置：,0,中央明纹中心,明条纹中心,暗条纹中心,24,光的衍射