单缝衍射.ppt

1第第12章章 光的衍射光的衍射2常说常说“隔墙有耳隔墙有耳”，若是将耳朵贴在墙壁上听，那是声音通过墙，若是将耳朵贴在墙壁上听，那是声音通过墙体传过来的；一般情况下，体传过来的；一般情况下，“隔墙有耳隔墙有耳”都是声音发生了绕射。都是声音发生了绕射。发生声音衍射的条件是：障碍物的尺寸大于或接近声波的波长。发生声音衍射的条件是：障碍物的尺寸大于或接近声波的波长。3 光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播。继续传播。缝宽比波长大得多时缝宽比波长大得多时缝宽可与波长相比拟时缝宽可与波长相比拟时一、光的衍射现象一、光的衍射现象4二、衍射的基本原理：惠更斯二、衍射的基本原理：惠更斯费涅耳原理费涅耳原理P.S衍射的本质是多衍射的本质是多光束的干涉。光束的干涉。波波传传到到的的任任何何一一点点都都是是子子波波波波源源，各各子子波波在在空空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。5三、干涉和衍射的联系与区别：三、干涉和衍射的联系与区别：从本质上讲干涉和衍射都是波的相干叠加，从本质上讲干涉和衍射都是波的相干叠加，没有区别。没有区别。通常：干涉指的是通常：干涉指的是有限多的光束有限多的光束的相干叠加，的相干叠加，衍射指的是衍射指的是无限多的无限多的子波子波的相干叠加，的相干叠加，二者常常同时存在。二者常常同时存在。6四、两类衍射现象四、两类衍射现象菲涅耳菲涅耳衍射衍射衍射衍射夫琅禾费夫琅禾费衍射衍射衍射衍射7 夫琅禾费衍射实现的条件夫琅禾费衍射实现的条件8 自由传播的光遇到障碍物后，障碍物后面的区域自由传播的光遇到障碍物后，障碍物后面的区域内各点的光强是怎样分布的？即哪些点光强取极大值，内各点的光强是怎样分布的？即哪些点光强取极大值，哪些点光强取极小值？哪些点光强取极小值？P五、光的衍射研究的主要内容五、光的衍射研究的主要内容我们主要介绍夫琅禾费单缝衍射和光栅衍射我们主要介绍夫琅禾费单缝衍射和光栅衍射9一、单缝衍射实验装置及现象一、单缝衍射实验装置及现象P点的光强取决于狭缝上各子波源到此的光程差。点的光强取决于狭缝上各子波源到此的光程差。光强分布？光强分布？S屏幕屏幕10回忆杨氏双缝干涉装置回忆杨氏双缝干涉装置 DoPr1r2x干干涉涉条条纹纹光程差满足何条件出现暗纹？光程差满足何条件出现暗纹？问题：问题：如何把这一结果用到单缝衍射的分析上？如何把这一结果用到单缝衍射的分析上？11夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射角角正正负负规规定定衍射角衍射角规定：衍射角规定：衍射角 ：向上为正，向下为负。：向上为正，向下为负。中央明条纹中央明条纹12二、二、菲菲涅耳半波带法涅耳半波带法基本思想：寻找干基本思想：寻找干涉极小的涉极小的P点点让让光线两两干涉相消！光线两两干涉相消！透镜不产生附加的光程差透镜不产生附加的光程差任意两条光线的光程差产生于透镜之前。任意两条光线的光程差产生于透镜之前。单缝处相距为单缝处相距为d的两点发出的衍射角为的两点发出的衍射角为的的平行光线的光程差为：平行光线的光程差为：d P O(x)f13单缝处相距为单缝处相距为d的两点发出的衍射角为的两点发出的衍射角为 的平行光线的光程差为：的平行光线的光程差为：若该两条光线的光程差为若该两条光线的光程差为/2/2，则这两条光，则这两条光线干涉相消。线干涉相消。d菲涅耳半波带的做法：菲涅耳半波带的做法：用用 为尺子，为尺子，将单缝划分为更细的细条将单缝划分为更细的细条半波带半波带.对于衍射角为对于衍射角为的衍射光束的衍射光束,为半波带数为半波带数单缝宽度单缝宽度14(2(2k+1)+1)奇数奇数暗纹暗纹明纹明纹菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法2 2k偶数偶数半波带的特点：半波带的特点：相邻两半波带上相邻两半波带上所有所有对应点发出对应点发出的衍射角为的衍射角为的光线一一对应，的光线一一对应，干涉相消。干涉相消。这两条半波带发出的这两条半波带发出的光全部是干涉相消的。光全部是干涉相消的。150123-3-2-1123-3-2-1明、暗条纹的排序如图所示。明、暗条纹的排序如图所示。思考：思考：对于衍射角为对于衍射角为 时，单时，单缝若能划分成偶（奇）缝若能划分成偶（奇）数个半波带，则数个半波带，则P点一点一定是干涉极小（大）点定是干涉极小（大）点，即，即P点为暗（明）条点为暗（明）条纹的中心。纹的中心。衍射角为衍射角为 的的P点为明、点为明、暗暗条纹的中心的条件为：条纹的中心的条件为：屏幕屏幕P16（1 1）暗条纹条件）暗条纹条件（2 2）明条纹条件）明条纹条件对应着中央明纹。对应着中央明纹。三、明、暗条纹条件三、明、暗条纹条件若单缝波阵面不能若单缝波阵面不能恰好恰好分成分成整数个整数个波带，衍射区域介于明纹波带，衍射区域介于明纹中心与暗纹中心之间的区域。中心与暗纹中心之间的区域。说明：单缝被分成半波带的数目取决于衍射角说明：单缝被分成半波带的数目取决于衍射角 ，同一，同一 单缝单缝,对不同的衍射角对不同的衍射角,单缝被分成的半波带数目不同。单缝被分成的半波带数目不同。17（3 3）、明暗条纹位置）、明暗条纹位置P点坐标：点坐标：代入暗纹条件代入暗纹条件暗纹位置暗纹位置:同理带入明条纹条件同理带入明条纹条件明纹位置明纹位置：18明纹位置明纹位置暗纹位置暗纹位置明明暗条纹位置暗条纹位置角度大不行！角度大不行！中央明纹位置中央明纹位置191 1、衍射条纹明暗相间，对称分布在中央明纹两侧；、衍射条纹明暗相间，对称分布在中央明纹两侧；3 3、明纹级次越高，光强越弱。、明纹级次越高，光强越弱。2 2、中央明纹既亮又宽，为其它明纹宽度的两倍、中央明纹既亮又宽，为其它明纹宽度的两倍;四、单缝衍射条纹的特点四、单缝衍射条纹的特点20中央明纹两侧正负第一暗纹中心之间的距离中央明纹两侧正负第一暗纹中心之间的距离 x，称做，称做中央明纹的（线）宽度，张角中央明纹的（线）宽度，张角 1称为半角宽度。称为半角宽度。1.中央明纹宽度中央明纹宽度暗纹中心暗纹中心条件：条件：屏幕屏幕f 1212 2、其它明条纹的宽度：、其它明条纹的宽度：波长越大，衍射效应越明显；波长越大，衍射效应越明显；缝越细，衍射效应越明显缝越细，衍射效应越明显由暗纹坐标公式由暗纹坐标公式22五、光强分布光强分布231.根据惠更斯根据惠更斯-菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为为 S，则，则 S 的前方某点的前方某点 P 的光强度决定于波阵面的光强度决定于波阵面 S 上所上所在面积元发出的子波各自传到在面积元发出的子波各自传到 P 点的点的（A）振动振幅之和；）振动振幅之和；（B）光强之和；）光强之和；（C）振动振幅之和的平方；）振动振幅之和的平方；（D）振动的相干叠加。）振动的相干叠加。D242、用单色光照射狭缝，、用单色光照射狭缝，BP-AP=3，问题，问题：（1）狭缝可分为几个半波带？狭缝可分为几个半波带？（2）P点处是明条纹还是暗条纹？点处是明条纹还是暗条纹？（3）BP-AP=2.5，结果又如何？，结果又如何？暗条纹暗条纹明条纹明条纹第几级？第几级？（1）（2）（3）253、波长为、波长为600nm的单色平行光，垂直入射到缝宽为的单色平行光，垂直入射到缝宽为a=0.60mm的单缝上，缝后有一焦距的单缝上，缝后有一焦距f=60cm的透镜，的透镜，在透镜焦平面上观察衍射图样。则中央明纹的宽度在透镜焦平面上观察衍射图样。则中央明纹的宽度 是多少？两个第三级暗纹之间的距离是多少？是多少？两个第三级暗纹之间的距离是多少？解：解：中央明纹宽度：中央明纹宽度：两个第三级暗纹间距两个第三级暗纹间距：264、在单缝夫琅禾费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应、在单缝夫琅禾费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应于单缝处波面可划分为几个半波带？若将缝宽缩小一于单缝处波面可划分为几个半波带？若将缝宽缩小一半，原来第三级暗纹处将是什么条纹？半，原来第三级暗纹处将是什么条纹？(1)暗纹条件：暗纹条件：第一级明纹第一级明纹(2)缝宽变化前：缝宽变化前：此级数对应明纹还是暗纹？此级数对应明纹还是暗纹？缝宽变化后：缝宽变化后：不满足暗纹条件，恰好是第一级明纹不满足暗纹条件，恰好是第一级明纹明纹公式明纹公式27作业：1、2、3、9、10、11、16