大学物理-单缝衍射.ppt
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1、同学们好!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!第十三章第十三章
2、 光的衍射光的衍射 本章教学内容本章教学内容:光的衍射现象和惠更斯光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射光栅夫琅禾费衍射光栅夫琅禾费衍射X射线在晶体上的衍射射线在晶体上的衍射光学仪器的像分辨本领光学仪器的像分辨本领基基 本本 要要 求求第十三章第十三章 光的衍射光的衍射1.掌握掌握单缝夫琅禾费衍射的分析方法(半波带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)与条纹分布规律法和振幅矢量叠加法)与条纹分布规律2.2.掌握掌握光栅夫琅禾费衍射的分析方法与条纹光栅夫琅禾费衍射的分析方法与条纹分布规律分布规律3.3.了解了解X射线在晶体上的衍射射线在晶体上的
3、衍射4.4.理解理解圆孔衍射和光学仪器的像分辨本领圆孔衍射和光学仪器的像分辨本领波的叠加原理波的叠加原理干涉现象干涉现象惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理衍射现象衍射现象二者关系二者关系?1.1.衍射现象衍射现象光偏离直线传播路径进入几何阴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影区,并形成光强非均匀稳定分布。布。波遇到障碍物时,绕过障碍物波遇到障碍物时,绕过障碍物进入几何阴影区。进入几何阴影区。一一.惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理2.2.惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理成功:成功:可解释衍射成因,用几何法作出新的波面,可解释衍射成因,用几何法作出新的波面,推导反射、折射
4、定律推导反射、折射定律不足:不足:不能定量说明衍射波的强度分布不能定量说明衍射波的强度分布1)惠更斯原理惠更斯原理 波面上的每一点均为发波面上的每一点均为发射子波的波源,这些子波的射子波的波源,这些子波的包络面即新的波阵面包络面即新的波阵面障碍物障碍物入射波入射波衍射波衍射波球球 面面 波波平平 面面 波波 介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波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新的波前.惠更斯原理惠更斯原理O2)菲涅耳原理菲涅耳原理 对子波的振幅和相位作了定量描述对子波的振幅和相位
5、作了定量描述 波面上各面元波面上各面元子波源子波源rPS dSn 空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果合振动:合振动:衍射本质:衍射本质:子波的相干叠加子波的相干叠加有限个分立相干波叠加有限个分立相干波叠加 干涉干涉无限多个连续分布子波源相干叠加无限多个连续分布子波源相干叠加 衍射衍射倾斜因子:倾斜因子:子波:子波:3.衍射分类衍射分类菲涅耳衍射(近场衍射):菲涅耳衍射(近场衍射):夫琅和费衍射(远场衍射)夫琅和费衍射(远场衍射):波源波源 障碍物障碍物 屏屏无限远无限远无限远无限远即平行光衍射即平行光衍射信息光学(现代光学分支)信息光学(现
6、代光学分支)(或二者之一有限远)(或二者之一有限远)波源波源 障碍物障碍物 屏屏距离距离有限有限距离距离有限有限菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射夫夫 琅琅 禾禾 费费 衍衍 射射光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远缝缝在在实实验验中中实实现现夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射菲菲 涅涅 尔尔 衍衍 射射缝缝 光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远二二.单缝夫琅和费衍射单缝夫琅和费衍射1.装置:装置:缝宽缝宽a:其上每一点均为子波源,发出衍射光其上每一点均为子波源,发出衍射光衍射光线与波面法线夹角衍射光线与波面法线夹角小录象小录象中央明纹中心中央明纹中心P处光强可由菲涅耳公式
7、计算处光强可由菲涅耳公式计算介绍确定介绍确定P光强的两种简便方法光强的两种简便方法2.半波带法(半定量方法)半波带法(半定量方法)衍射角为衍射角为 的一束平的一束平行光线的最大光程差:行光线的最大光程差:Baxf PA对应的单缝对应的单缝a被分为被分为n个半波带个半波带.A12.A3A2.C:BafP0A =0,n=0BaxfPA.C.A12.A3A2n=偶数偶数BaxfPA.C.A12.A2n=奇数奇数对应中央明纹中心对应中央明纹中心n为偶数:为偶数:对应屏上暗纹中心对应屏上暗纹中心n为奇数为奇数:对应屏上明纹中心对应屏上明纹中心对应非明、暗纹中对应非明、暗纹中心的其余位置心的其余位置整数:
8、整数:明暗纹条件:明暗纹条件:中央明纹中心中央明纹中心各级明纹中心各级明纹中心暗纹暗纹注意:注意:Isin02k个半波带个半波带2k1个半波带个半波带P练习练习1 1:在单缝夫琅和费在单缝夫琅和费衍射示意图中,所画出衍射示意图中,所画出的各条正入射光线间距的各条正入射光线间距相等,那么光线相等,那么光线1与与3在在屏幕上屏幕上P点上相遇时的位点上相遇时的位相差为相差为 ,P点应点应为为 点。点。解:解:1)由图可知最大光程差由图可知最大光程差asin=2,于是单,于是单缝波阵面可分为缝波阵面可分为4个半波带,个半波带,1与与3光程差为光程差为 ,在在P P点相遇时相位差为点相遇时相位差为0 r
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- 大学物理 衍射
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