第十五章光的衍射1512光的衍射.pptVIP

* 作业：练习十五 * 例3 在杨氏双缝干涉实验中，干涉图像实际上是不同方向，不同强度的衍射光在屏上的干涉结果。这时，屏上干涉条纹将由单缝衍射和双缝干涉结果共同决定。设缝宽为a，两缝间间距为d，求：(1) d为a的多少倍时，单缝的第一级极小处恰好落在双缝干涉的第三级极大处？(2) 在单缝衍射的中央亮纹宽度内有多少条双缝干涉亮条纹？ 解： (1) 对于单缝衍射，第一级极小 对于双缝干涉，第三级极大 当二者重合时，有 * 例3 求：(1)d为a的多少倍时，单缝的第一级极小处恰好落在双缝干涉的第三级极大处？(2)在单缝衍射的中央亮纹宽度内有多少条双缝干涉亮条纹？ 解： 对于单缝衍射，暗纹公式 对于双缝干涉，亮纹公式 则： 单缝衍射中央亮纹为第一级暗纹之间的宽度： 双缝干涉亮条纹 ？ -2=5 缺级 醉雪—风随心动 * 第十五章 光的衍射 教学基本要求 一 正确理解惠更斯—菲涅耳原理，掌握菲涅耳半波带法的基本思想。 二 掌握用半波带法分析夫琅和费衍射条纹的产生，以及明暗纹位置的计算。 三 掌握光栅衍射产生主极大的条件方程—光栅方程，会计算光谱线的位置，正确理解缺级现象。 四 正确理解最小分辨角、分辨率，了解光栅光谱的分辨本领。 五 理解X光衍射的布喇格公式的意义并会简单计算。 * 水波通过狭缝后的衍射 波的衍射：波在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播。 波的衍射 * ? 15-1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅尔原理 （1）偏离直线传播 （2）光强重新分布 * 刀片边缘的衍射 圆屏衍射 一 光的衍射现象 (Diffraction of Light) 定义：光在传播过程中遇到障碍物时，光可以绕过障碍物的边缘，偏离直线传播，到达沿直线传播所不能达到的区域。这种现象称为光的衍射现象或叫绕射现象。 * 二 分类 (1) 菲涅耳衍射(近场衍射） (2)夫琅和费衍射(远场衍射) L 和 D中至少有一个是有限值。 L 和 D皆为无限大(可用透镜实现)。 1 根据距离分类 光源S 衍射屏 观察屏 E D L B * A F * * L1 L2 * 2 根据衍射屏的形状分类 圆孔衍射 狭缝衍射 菲涅耳衍射 夫琅和费衍射 * 平 面 波 三 惠更斯-菲涅尔原理–概念 惠更斯原理：波动传播到的各点，都可看作是发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包络面就是新的波面。 成功：子波假设 不足：不能解释波的强度分布和向前传播 球 面 波 O 菲涅尔的补充：波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定，该点的振动是各子波在此产生的振动的叠加。 惠更斯-菲涅尔原理：子波假设 + 子波相干叠加 * 三 惠更斯-菲涅耳原理-数学表述 若取t=0时刻，波阵面S上各点发出的子波初相为零，则面元ds(子波)在P点引起的光振动为： 整个波阵面S在P点引起的合振动为： θ =0时，K(θ)取极大值； 0 θ π/2 时，K(θ)随θ增大而减小； π/2θ π时，K(θ)=0。 C -- 比例常数 K(? ) -- 倾斜因子 沿原波传播方向子波振幅最大 子波不能向后传播 * 光的干涉与衍射 共性：都是光具有波动性的表现，本质上都是光波叠加的结果，也都产生明暗条纹。 区分：指习惯上的区分和处理方法上的不同。把服从几何光学直线传播的有限束光波的叠加称为光的干涉；把光遇障碍物，发生偏离原来直线传播方向的光线，相遇也能产生干涉，习惯上称为衍射。计算光强时，干涉一般是求和过程，而衍射一般是积分过程。 * 透镜L2 15-2 夫琅和费单缝衍射 一 实验装置和现象 缝宽AB=a S：单色线光源 衍射屏 A B 光源S * 观察屏 P f O O’ f ? d 透镜L1 ≈ f 光轴之上为正 光轴之下为负 ：衍射角 * 光强分布示意图 (1) 出现平行的明暗相间的衍射条纹，中央明纹的宽度是其它明纹的两倍。 (2) 各亮条纹的强度不一样， 中央亮纹最亮， 越远离中央亮纹就越暗 * 透镜L2 衍射屏 A B 光源S * 观察屏 P f O O’ f ? d 透镜L1 二 菲涅耳半波带法--单缝衍射的理论解释 正入射：入射光线与衍射屏垂直 A→P和B→P 的光程差为 C * 透镜L2 衍射屏 A B 观察屏 f O O’ f ? 透镜L1 光源S * P A→P和B→P 的光程差为 AB上所有子波到P点的光程差△L=0 中央亮纹 干涉加强 1 衍射角 衍射角 * 偶数λ/2 A1 C1 A→P和A1→P 的光程差为 相位差为π A和A1子波在P引起的振动相互抵消 规律： 暗条纹 二级暗纹 (1) 偶数倍λ/2 2 衍射角 L2