大學(xué)物理課件 18、衍射1

同學(xué)們好！例：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，單色光源S0到兩縫S1和S2的距離為l1和l2，并且l1－l2＝3λ，λ為入射光的波長，雙縫之間的距離為d，雙縫到屏幕的距離為D（D》d），如圖，求：（1）零級(jí)明紋到屏幕中央O點(diǎn)的距離。（2）相鄰明紋間距離。解：如圖，設(shè)P0為零級(jí)明紋中心（2）在屏上距O點(diǎn)為X處，光程差在此處令k＝0，即為（1）的結(jié)果，相鄰明紋間距：例：用波長λ1的單色光照射空氣劈形膜，從反射光干涉條紋中觀察到劈形膜裝置的A點(diǎn)處是暗紋。若連續(xù)改變波長變?yōu)棣?（λ2>λ1)時(shí)，A點(diǎn)再次變?yōu)榘导y。求A點(diǎn)的空氣薄膜厚度。解：設(shè)A點(diǎn)處空氣薄膜的厚度為e，則有改變波長后有：第十一章波動(dòng)光學(xué)

11-0教學(xué)基本要求

11-1光的相干性光程

11-2分波面干涉

11-3分振幅干涉

4-0第四章教學(xué)基本要求

11-4光的衍射第十一章波動(dòng)光學(xué)

4-0第四章教學(xué)基本要求

11-5衍射光柵

4-0第四章教學(xué)基本要求

11-6光的偏振教學(xué)基本要求

一了解獲得相干光的方法，理解光程的概念以及光程差與相位差的關(guān)系，掌握光的干涉加強(qiáng)和減弱的條件.

二掌握楊氏雙縫干涉和薄膜等厚干涉條紋的分布規(guī)律，了解半波損失發(fā)生的條件，了解劈尖干涉的應(yīng)用.

*三了解邁克爾遜干涉儀的工作原理和邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn).

四了解惠更斯-菲涅爾原理，能用菲涅爾半波帶法分析單縫夫瑯禾費(fèi)衍射條紋的分布規(guī)律，理解縫寬及波長對(duì)衍射條紋分布的影響.

五了解光柵衍射條紋的形成及特點(diǎn)，理解并會(huì)應(yīng)用光柵極大方程，會(huì)分析光柵常數(shù)及波長對(duì)光柵衍射譜線分布的影響，了解光柵衍射的應(yīng)用.

*六了解光柵方程的缺級(jí)現(xiàn)象，了解X射線的衍射及應(yīng)用.

七理解自然光、線偏振光和部分偏振光的特征及檢驗(yàn)方法，理解馬呂斯定律，理解布儒斯特定律，了解發(fā)射和折射時(shí)光的偏振的應(yīng)用.11-4光的衍射預(yù)習(xí)要點(diǎn)光的衍射具有哪些特點(diǎn)？什么是夫瑯禾費(fèi)衍射？注意領(lǐng)會(huì)惠更斯-費(fèi)涅耳原理的主要內(nèi)容，以及由此原理處理衍射問題的基本思想.什么是費(fèi)涅耳半波帶法？注意怎樣用此方法分析單縫衍射圖樣的形成.單縫衍射明暗紋位置如何確定？其條紋有何特點(diǎn)？一光的衍射現(xiàn)象光在傳播過程中遇到障礙物，光波會(huì)繞過障礙物繼續(xù)傳播，如果波長與障礙物相當(dāng)，衍射現(xiàn)象最明顯.

衍射現(xiàn)象的特點(diǎn)：1光的衍射是在一定條件下產(chǎn)生的光偏離直線傳播并且光能在空間不均勻分布的現(xiàn)象.2光束在什么地方受到限制，衍射圖樣就在什么方向鋪展，且限制愈甚，鋪展愈甚，即衍射效應(yīng)愈強(qiáng).二惠更斯-費(fèi)涅耳原理

惠更斯原理----波在媒質(zhì)中傳播到的各點(diǎn)，都可看成新的子波源.

惠更斯原理只能解釋波的衍射，不能給出波的強(qiáng)度.菲涅耳原理----波傳播到某一點(diǎn)的光強(qiáng)為各個(gè)子波在觀察點(diǎn)的干涉疊加.

菲涅耳在惠更斯原理基礎(chǔ)上加以補(bǔ)充，提出子波相干疊加的概念.

波在前進(jìn)過程中引起前方某點(diǎn)的總振動(dòng)為面S上各面元dS所產(chǎn)生子波在P點(diǎn)引起分振動(dòng)的總和.三夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光源、屏與縫相距無限遠(yuǎn)，平行光的衍射.在屏幕上某點(diǎn)P距屏幕中心o點(diǎn)為x，對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的衍射角為，AB間兩條光線的光程差為

.稱為衍射角.P點(diǎn)的光強(qiáng)是單縫處各面元上平行光的疊加.透鏡不引起附加光程差當(dāng)用透鏡觀測干涉時(shí)，不會(huì)帶來附加的光程差。結(jié)論：用/2分割，過等分點(diǎn)作BC的平行線，等分點(diǎn)將AB等分----將單縫分割成數(shù)個(gè)半波帶.相鄰兩波帶的對(duì)應(yīng)點(diǎn)上發(fā)出的子波在P點(diǎn)的相位差為，即相鄰半波帶上對(duì)應(yīng)點(diǎn)光程相差半個(gè)波長，所產(chǎn)生的光振動(dòng)完全抵消.有三種情況：1)可分為偶數(shù)個(gè)半波帶；2)可分為奇數(shù)個(gè)半波帶；3)不能分為整數(shù)個(gè)半波帶.1半波帶法在P點(diǎn)形成明紋還是暗紋決定于能將BC分成奇數(shù)個(gè)半波帶還是偶數(shù)個(gè)半波帶,即決定于衍射角.減弱加強(qiáng)2光強(qiáng)分布由中央到兩側(cè),光強(qiáng)迅速下降,中央明條紋集中了絕大部分光能,這是因?yàn)閗越大,縫被分成的半波帶越多,而未被抵消的波帶面積越小的緣故.10.0470.0173條紋的角寬度中央明紋的角的寬度縫寬對(duì)衍射圖樣的影響縫越窄，衍射就越顯著；縫越寬，衍射就越不明顯.當(dāng)縫寬時(shí)，各級(jí)衍射條紋向中間靠攏，密集的無法分辨，只顯出單一的明條紋.因此光的直線傳播現(xiàn)象，是衍射現(xiàn)象的極限情形.波長對(duì)條紋的影響當(dāng)縫寬不變時(shí),各級(jí)條紋的角位置和角寬度因波長而異.如果用白光入射,中央明條紋仍為白色,但由中央至兩側(cè)的其他各級(jí)明紋會(huì)因波長不同位置相互錯(cuò)開而呈紫到紅的彩色衍射圖樣,即衍射光譜.討論例1.單縫點(diǎn)處是明紋求：（1）點(diǎn)條紋級(jí)數(shù)（2）對(duì)應(yīng)于點(diǎn)縫可分成多少個(gè)半波帶？（3）將縫寬增加1倍，點(diǎn)將變?yōu)槭裁礂l紋？明紋第3級(jí)明紋7個(gè)半波帶第7級(jí)暗紋例題：在一單縫夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，縫寬a＝5λ，縫后透鏡焦距f＝40cm，試求中央條紋和第1級(jí)亮紋的寬度。解：可得第一和第二級(jí)暗紋中心有因此第1