高二物理競(jìng)賽光的衍射課件

1§10.3光的衍射一、光的衍射惠更斯菲涅耳原理1.光的衍射現(xiàn)象及分類(lèi)光在傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，能繞過(guò)障礙物的邊緣繼續(xù)前進(jìn)，這種偏離直線(xiàn)傳播的現(xiàn)象稱(chēng)為光的衍射現(xiàn)象.縫較大時(shí)，光是直線(xiàn)傳播的陰影屏幕屏幕縫很小時(shí)，衍射現(xiàn)象明顯2衍射的分類(lèi)光源障礙物觀(guān)測(cè)屏SPDLB(1)菲涅耳衍射—近場(chǎng)衍射L和D中至少有一個(gè)是有限值。SBP(2)夫瑯禾費(fèi)衍射—遠(yuǎn)場(chǎng)衍射L和D皆為無(wú)限大（也可用透鏡實(shí)現(xiàn)）PBS32.惠更斯菲涅耳原理

從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波，在傳播過(guò)程中相遇時(shí)，也能相互疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，空間各點(diǎn)波的強(qiáng)度，由各子波在該點(diǎn)的相干疊加所決定.

若取時(shí)刻t=0波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波初相為零，則面元dS在P點(diǎn)引起的光振動(dòng)為：dsnSPθrC：比例常數(shù)k()：傾斜因子當(dāng)

=0，kmax()當(dāng)

，k()↓當(dāng)

90o，k()=04

惠更斯-菲涅耳原理解釋了波為什么不向后傳的問(wèn)題，這是惠更斯原理所無(wú)法解釋的。P點(diǎn)的光振動(dòng)（惠更斯原理的數(shù)學(xué)表達(dá)）為：積分只要對(duì)未被障礙物遮住的部分波前5二、單縫夫瑯禾費(fèi)衍射1.單縫衍射實(shí)驗(yàn)S屏幕L1L2K單縫衍射圖樣的主要規(guī)律：(1)中央亮紋最亮,寬度是其他亮紋寬度的兩倍;

其他亮紋的寬度相同,亮度逐級(jí)下降。(2)縫a越小，條紋越寬。(即衍射越厲害)(3)波長(zhǎng)

越大，條紋越寬。(即有色散現(xiàn)象)62.半波帶法

只須考慮各子波源所發(fā)出的沿同一方向的平行衍射光，衍射光與原入射光方向的夾角（衍射角)變化范圍為0→±/2aABfL2L1S0PC△平行衍射光的最大光程差7(1)中央明紋=0→

△=0(2)當(dāng)△=asin=時(shí),

可將縫分為兩個(gè)“半波帶”11/相消22/相消/2ABa半波帶半波帶兩個(gè)半波帶發(fā)的光在p處干涉相消形成暗紋(3)當(dāng)△=asin=3/2時(shí),

可將縫分成三個(gè)半波帶ABa/2剩一個(gè)半波帶發(fā)的光在

P點(diǎn)處疊加為亮紋8結(jié)論中央明紋(準(zhǔn)確)k=1,2,…暗紋

(準(zhǔn)確)k=1,2,…明紋(近似)

半波帶法利用較粗糙的分割方式，從而使積分化為有限項(xiàng)的求和。

中央明紋中心和暗紋位置是準(zhǔn)確的，其余明紋中心的位置是近似的，與準(zhǔn)確值稍有偏離。

對(duì)于任意衍射角，單縫不能分成整數(shù)個(gè)半波帶，在屏幕上光強(qiáng)介于最明與最暗之間。93.單縫衍射條紋特點(diǎn)光強(qiáng)分布

各級(jí)亮紋強(qiáng)度分布是不均勻的當(dāng)衍射角增加時(shí),光強(qiáng)的極大值迅速衰減相對(duì)光強(qiáng)曲線(xiàn)I/I010.0470.01700.0470.017

因?yàn)?↑→△↑,半波帶數(shù)增加，未被抵消的半波帶面積減少,所以

→I↓

(p點(diǎn)光強(qiáng)變小)

另外，當(dāng)：↑→K()↓

→I↓

10

條紋寬度ABL2f0x1x2I中央明紋的寬度線(xiàn)寬度x0

:兩個(gè)第一級(jí)暗紋間的距離xx01x0

=2x10x11角度寬△0:△0=21衍射的反比律

其他明紋的寬度線(xiàn)寬度△x:角度寬△:12

影響衍射圖樣的a和的影響

越大，衍射越顯著,條紋間距越寬。a的影響

縫越狹，衍射越顯著，條紋間距越寬。I0sin只存在中央明文，屏幕是一片亮。13只顯出單一的明條紋單縫的幾何光學(xué)像∴幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)在a>>時(shí)的極限情形。14*單縫衍射條紋亮度分布設(shè)中央條紋的中心，其光強(qiáng)為I0,衍射角為時(shí)，光會(huì)聚于屏上P

處，其光強(qiáng)為I，則由惠更斯——菲涅耳原理可得當(dāng)＝0時(shí)，u＝0，I＝I0，中央極大當(dāng)asin

＝k，k＝±1，±2，±3，…時(shí),

u＝k，I＝0即為暗條紋I/I01015例:一束波長(zhǎng)為

=5000?的平行光垂直照射在一個(gè)單縫上。如果所用的單縫的寬度a=0.5mm，縫后緊挨著的薄透鏡焦距f=1m，求：(1)中央明條紋的角寬度；(2)中央亮紋的線(xiàn)寬度；(3)第一級(jí)與第二級(jí)暗紋的距離；解：(1)(2)(3)16例:一束波長(zhǎng)為

=5000?的平行光垂直照射在一個(gè)單縫上。a=0.5mm，f=1m,如果在屏幕上離中央亮紋中心