大学物理单缝衍射.ppt

同学们好！,佛光，是“佛祖显灵”还是自然奇观？佛光曾出现在泰山、峨眉山、庐山等地，游客发现：在云雾漫漫的山中，当阳光普照时，突然就会出现一圈七彩光环，在光环中央能清晰地看到一个黑色的影子，有头有身，如同一尊“佛祖”正在打坐。有趣的是，游客的头摇一摇，“佛祖”的头也会跟着相应的变化，周围游客每个人看到的佛影的变化也都和自己的动作有关，而佛光里却始终只有一个佛影。 佛家认为，只有与佛有缘的人才能看到佛光，因为佛光是从佛的眉宇间放射出的救世之光，吉祥之光。真的是这样吗？ 其实佛光并不神秘，它只是一种特殊气候和地理环境下形成的光学现象。如何解释佛光的形成机理呢？我们一起寻找答案吧！,第十三章 光的衍射,本章教学内容:,光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理,单缝夫琅禾费衍射,光栅夫琅禾费衍射,X射线在晶体上的衍射,光学仪器的像分辨本领,基 本 要 求,第十三章 光的衍射,掌握单缝夫琅禾费衍射的分析方法（半波带法和振幅矢量叠加法）与条纹分布规律 2. 掌握光栅夫琅禾费衍射的分析方法与条纹分布规律 3. 了解X射线在晶体上的衍射 4. 理解圆孔衍射和光学仪器的像分辨本领,1. 衍射现象,光偏离直线传播路径进入几何阴影区，并形成光强非均匀稳定分布。,波遇到障碍物时，绕过障碍物进入几何阴影区。,一.惠更斯-菲涅耳原理,2.惠更斯-菲涅耳原理,成功：可解释衍射成因，用几何法作出新的波面，推导反射、折射定律,不足：不能定量说明衍射波的强度分布,介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前.,惠更斯原理,2)菲涅耳原理,子波：,3. 衍射分类,菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射,二. 单缝夫琅和费衍射,1. 装置：,小录象,中央明纹中心,P处光强可由菲涅耳公式计算,介绍确定P光强的两种简便方法,2. 半波带法（半定量方法）,衍射角为 的一束平行光线的最大光程差：,:,对应中央明纹中心,明暗纹条件：,注意：,练习1：在单缝夫琅和费衍射示意图中，所画出的各条正入射光线间距相等，那么光线1与3在屏幕上P点上相遇时的位相差为 ，P点应为 点。,解：1)由图可知最大光程差asin=2，于是单缝波阵面可分为4个半波带，1与3光程差为 ，在P点相遇时相位差为0 rad； 2)偶数个半波带（4个）的光线到屏上两两抵消，故P点为暗点。,二者明暗纹条件是否相互矛盾?,讨论,不矛盾！单缝衍射不是两相干光线的光程差，而是衍射角为 的一束光线的最大光程差。,单缝衍射明暗纹条件中K值为什么不能取零？,条纹角宽度,中央明纹,其余明纹,中央明纹角宽度为其余明纹角宽度的两倍,条纹线宽度,中央明纹,其余明纹,中央明纹线宽度为其余明纹线宽度的两倍,中央明纹集中大部分能量，明条纹级次越高亮度越弱。,条纹亮度分布是否均匀，为什么？,条纹随、a 的变化,若 ，则为直线传播,若用白光照射：,单缝夫琅禾费衍射,单缝夫琅禾费衍射,单缝衍射的动态变化,单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变 .,单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上.,若是平行光非垂直入射，得出光程差公式和明暗纹条件,a,a,3. 振幅矢量叠加法（定量）,两相邻光线光程差,两相邻光线相位差,每条光线在屏上引起光振动振幅相等,令,即中央明纹中心处振幅,则,明纹：,暗纹：,1.在单缝夫朗和费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应 的单缝处可划分为 个半波带，若将缝宽减小一 半，原来第三级暗纹处将是第 级 纹。,练习：,2.平行单色光垂直入射在缝宽为 a = 0.15 mm的单缝上， 缝后有焦距为 f = 400 mm 的凸透镜，在其焦平面上 放置屏幕，测得屏幕上中央明纹两侧的两个第三级 暗纹之间的距离为 8 mm，则入射光的波长为 = 。,2.条纹：,三、圆孔夫琅和费衍射,中央亮纹： 爱里斑,集中大部分能量,角宽度为其余明纹2倍,半角宽度：,明暗相间同心圆环,由于衍射现象，会使图像边缘变得模糊不清，使图像分辨率下降。,需要规定客观、统一的标准,3. 光学仪器分辨率,小录象,瑞利（英.18421919）因为气体密度研究和发现氩荣获1904年诺贝尔物理奖,瑞利准则：第一个象的爱里斑边沿与第二个象的爱里斑中心重合恰能分辨,能够分辨、不能分辨、恰能分辨三种情况比较,光学仪器分辨率,提高分辨率途径,光学镜头直径越大，分辨率越高。,采用波长较短的光，也可提高分辨率。,例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问,(1) 人眼的最小分辨角有多大？,(2) 若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？,解,(1),(2),例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问,(1) 人眼的最小分辨角有多大？,(2) 若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？,解,