理学光的衍射PPT学习教案

1、会计学1理学光的衍射理学光的衍射2二二. . 惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理( (一一). ). 惠更斯原理惠更斯原理媒质中波传到的各点媒质中波传到的各点,都可看作开始发射都可看作开始发射子波的子波源子波的子波源 (点波源点波源)。 在以后的任一时刻在以后的任一时刻, 这些子波面的包络这些子波面的包络面就是实际的波在该时刻的波前面就是实际的波在该时刻的波前 。上页上页下页下页退出退出返回返回第1页/共33页3上页上页下页下页退出退出返回返回第2页/共33页4( (二二). ). 惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理 波传到的任何一点都是子波的波源，波传到的任何一点都是子波的波源，各子波在空间某点

2、的相干叠加各子波在空间某点的相干叠加（干涉）（干涉），就决定了该点波的强度。就决定了该点波的强度。prQdSS(波前波前)设初相为零设初相为零n 1.1.波传到波传到P P点处时的能点处时的能量分布决定于各子波的量分布决定于各子波的合振动。合振动。2.2. 愈大，愈大，r r方向子波振幅愈小。方向子波振幅愈小。菲涅耳认为：菲涅耳认为： /2时，时，振幅为零，因而强振幅为零，因而强度也为零，说明子波不能向后传播。度也为零，说明子波不能向后传播。上页上页下页下页退出退出返回返回第3页/共33页5 （Fresnel diffraction） 光源和观察屏（或二者之一）离衍射屏的距光源和观察屏（或二者

3、之一）离衍射屏的距离有限时的衍射离有限时的衍射近场衍射近场衍射上页上页下页下页退出退出返回返回S第4页/共33页6(Fraunhofer diffraction) 光源和观察屏都离衍射屏无限远时的衍射光源和观察屏都离衍射屏无限远时的衍射远场衍射远场衍射上页上页下页下页退出退出返回返回S1L2Lo第5页/共33页7上页上页下页下页退出退出返回返回第6页/共33页8LfoBAPxCa四四 单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射上页上页下页下页退出退出返回返回第7页/共33页9LfoaBAPxC上页上页下页下页退出退出返回返回第8页/共33页10LfoaBAPxC上页上页下页下页退出退出返回返回第9页

4、/共33页11LfoaBAPxC sina kk 22)2 , 1( k减弱减弱212 ）（ k)2 , 1( k加强加强上页上页下页下页退出退出返回返回第10页/共33页12LfoaBAPxC ftgx ， sinf afk )2 , 1( k暗纹暗纹afk212 ）（ )2 , 1( k明纹明纹 x角很小角很小 上页上页下页下页退出退出返回返回第11页/共33页13LfoaBAPxCI1122330l102xl af 2 上页上页下页下页退出退出返回返回第12页/共33页14kkxxx 1afkafk )1(af 20l kkxxx 1afkafk2)12(2 1)1(2 af 20l 上

5、页上页下页下页退出退出返回返回第13页/共33页15afx 1. . x af、 x af、 2. .上页上页下页下页退出退出返回返回第14页/共33页16波长对衍射条纹的影响波长对衍射条纹的影响上页上页下页下页退出退出返回返回第15页/共33页17缝宽对衍射条纹的影响缝宽对衍射条纹的影响上页上页下页下页退出退出返回返回第16页/共33页18单缝位置对衍射条纹的影响单缝位置对衍射条纹的影响上页上页下页下页退出退出返回返回第17页/共33页19光源位置对衍射条纹的影响光源位置对衍射条纹的影响上页上页下页下页退出退出返回返回第18页/共33页20例：例： 单缝宽单缝宽a=0.5mm，屏距缝，屏距缝

6、D=100cm，单色平行，单色平行光垂直照射单缝，则在屏上形成衍射条纹；若在距离光垂直照射单缝，则在屏上形成衍射条纹；若在距离屏上中央明条纹中心距离为屏上中央明条纹中心距离为1.5mm处的处的P点为一亮纹，点为一亮纹，求：求：（1）入射光的波长；）入射光的波长；（2）P点条纹的级数和这条纹对应的衍射角；点条纹的级数和这条纹对应的衍射角；（3）狭缝处的波面可分为几个半波带；）狭缝处的波面可分为几个半波带；（4）中央明纹的宽度。）中央明纹的宽度。解：解：（1）由单缝衍射明条纹的条件：）由单缝衍射明条纹的条件：2)12(sin kaDx sin)(12105 . 1100) 12(15. 005.

7、02) 12(24cmkkDkax 上页上页下页下页退出退出返回返回第19页/共33页21因为因为k越大得到的波长越小，所以，当越大得到的波长越小，所以，当k 2时，求出的时，求出的波长均不在可见光范围。又因波长均不在可见光范围。又因P点是亮纹，所以入射点是亮纹，所以入射光的波长一定是光的波长一定是500nm。 nmcm500105 . 04 nmcm300103 . 04 （2）因为）因为P点的明纹对应的点的明纹对应的k值等于值等于1，所以是第一级，所以是第一级明条纹，其对应的衍射角可由明条纹的条件得出明条纹，其对应的衍射角可由明条纹的条件得出 ：2)12(sin kak=1，所以，所以31

8、05 . 123sin a 086. 0 上页上页下页下页退出退出返回返回k=2时时当当k=1时时)(12105 . 14cmk 第20页/共33页22（3）狭缝处的波面所分的波带数和明条纹对应的级数）狭缝处的波面所分的波带数和明条纹对应的级数的关系为：的关系为：波带数波带数 =2k+1。因为。因为k=1，所以狭缝处的波，所以狭缝处的波面可分为面可分为3个半波带个半波带。（4）中央明条纹的宽度为左右第一级暗条纹间距离：）中央明条纹的宽度为左右第一级暗条纹间距离： mmcmaDl22 . 005. 0105100224 中央中央上页上页下页下页退出退出返回返回22sin ka Dx sinaDk

9、x 第21页/共33页236 6 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领一一. .圆孔的夫琅禾费衍射圆孔的夫琅禾费衍射圆孔孔径为圆孔孔径为D L衍射屏衍射屏观察屏观察屏中央亮斑中央亮斑(爱里斑爱里斑) 1 f 22. 1sin1 D相对光强曲线相对光强曲线sin 1I / I00爱里斑爱里斑D D 爱里斑变小爱里斑变小上页上页下页下页退出退出返回返回第22页/共33页24刚可分辨刚可分辨非相干叠加非相干叠加不可分辨不可分辨瑞利判据瑞利判据: :对于两个等光强的非相干物点对于两个等光强的非相干物点, ,如果如果其一个象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘其一个象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘( (第第一

10、暗纹处一暗纹处),),则此两物点被认为是刚刚可以分辨则此两物点被认为是刚刚可以分辨。上页上页下页下页退出退出返回返回二二. .透镜的分辩本领透镜的分辩本领第23页/共33页25分辨本领分辨本领 22. 11DR RD 不可选择，可不可选择，可RD 显微镜：显微镜：D D不会很大，可不会很大，可R 望远镜：望远镜：上页上页下页下页退出退出返回返回第24页/共33页26一一. . 光栅光栅1. 1. 光栅光栅大量等宽等间距的平行狭缝大量等宽等间距的平行狭缝( (或反射面或反射面) )构构成的光学元件。成的光学元件。d反射光栅反射光栅d透射光栅透射光栅a a是是透光（或反光）部分的宽度透光（或反光）

11、部分的宽度, ,b b是是不透光不透光( (或或不反光不反光) )部分的宽度部分的宽度; ; d=a+b d=a+b 光栅常数光栅常数3. 3. 光栅常数光栅常数2. 2. 种类：种类：上页上页下页下页退出退出返回返回7 7 光栅衍射光栅衍射第25页/共33页27二二. . 光栅衍射光栅衍射 （多光束干涉（多光束干涉）oP焦距焦距 f缝平面缝平面G观察屏观察屏透 镜透 镜L dsin d 光栅方程（光栅公式）光栅方程（光栅公式）明纹明纹( (主极大主极大) )条件：条件：kdbasinsin)(k k = 0,1,2,3= 0,1,2,3上页上页下页下页退出退出返回返回第26页/共33页28a

12、d f透透镜镜I衍射光相干叠加衍射光相干叠加三、缺级现象三、缺级现象双缝干涉条纹各级主极大的双缝干涉条纹各级主极大的强度强度不再相等，而不再相等，而是是受到了衍射的影响受到了衍射的影响。主极大的位置。主极大的位置没有变化。没有变化。上页上页下页下页退出退出返回返回第27页/共33页29I3级级0级级1级级-1级级-3级级缺缺2级级缺缺-2级级单缝衍射光强单缝衍射光强0d a d 3 a 2 d a d 3a 2 sinad2 d/a的大小决定了衍射中央明纹范围内干涉的大小决定了衍射中央明纹范围内干涉条纹的多少。条纹的多少。当当 、且、且 很小时，衍射中很小时，衍射中央明纹范围宽，其间干涉条纹数

13、多，相邻明纹强央明纹范围宽，其间干涉条纹数多，相邻明纹强度最大值变化不大，这就过渡到了不考虑衍射时度最大值变化不大，这就过渡到了不考虑衍射时的双缝干涉情形。的双缝干涉情形。ad a上页上页下页下页退出退出返回返回时，时，双缝干涉光强受衍射调制如下图双缝干涉光强受衍射调制如下图ad2 第28页/共33页30 明纹缺级现象明纹缺级现象, 2 , 1 , 0sin kkd， 衍射暗纹位置：衍射暗纹位置：, 3 , 2 , 1 sin kka， 时时, ,出现缺级出现缺级。 kkad 干涉明纹缺级级次干涉明纹缺级级次, 2 , 1, kkadk干涉明纹位置：干涉明纹位置：ad2 例如例如 时，缺时，缺

14、2，4，6级。级。上页上页下页下页退出退出返回返回第29页/共33页31二二. . 光栅光谱光栅光谱光栅光谱有多级光栅光谱有多级0级级 1级级 2级级-2级级 -1级级(白白)3级级-3级级不同波长的光在谱线上被分开不同波长的光在谱线上被分开白光的光栅光谱白光的光栅光谱上页上页下页下页退出退出返回返回第30页/共33页32例：例：波长波长6000埃的单色光，垂直照射在光栅上，第埃的单色光，垂直照射在光栅上，第2级级明纹出现在明纹出现在sin =0.2的位置上。当用另一未知波长的单的位置上。当用另一未知波长的单色 光 垂 直 照 射 该 光 栅 时 ， 其 第色 光 垂 直 照 射 该 光 栅 时 ， 其 第 1 级 明 纹 出 现 在级 明 纹 出 现 在sin =0.08的位置。求的位置。求（1）该光栅的）该光栅的光栅常数光栅常数；（2）未知单色光的）未知单色光的波长波长；（3）已知单色光的第）已知单色光的第3条明线缺级，试计算该光栅狭条明