第十四光的衍射演示文稿

第十四光的衍射演示文稿1目前一頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)2（優(yōu)選）第十四光的衍射目前二頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、惠更斯-菲涅耳原理波陣面上的每一點(diǎn)都可看作是一個(gè)子波源,它們向空間發(fā)出球面子波。從同一波陣面上各點(diǎn)所發(fā)出的子波(相干波），經(jīng)傳播而在某點(diǎn)相遇時(shí)，也可相互疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。目前三頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)三、分類（1）菲涅耳衍射光源和觀察屏（或二者之一）離衍射屏的距離有限時(shí)的衍射。也稱近場(chǎng)衍射，其衍射圖形會(huì)隨觀察屏到衍射屏的距離而變，

情況較復(fù)雜。*S衍射屏觀察屏a衍射條紋屏幕屏幕（2）夫瑯禾費(fèi)衍射光源和觀察屏都離衍射屏無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)的衍射。也稱遠(yuǎn)場(chǎng)衍射，這種衍射實(shí)際上是菲涅耳衍射的極限情形。衍射屏觀察屏*SLLa衍射條紋目前四頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)*當(dāng)障礙物（或小孔）的線度與波長(zhǎng)可比擬時(shí)產(chǎn)生衍射。1.偏離直線傳播2.光能量重新分布實(shí)質(zhì):無(wú)數(shù)子波相干疊加的結(jié)果。目前五頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、菲涅耳半波帶法CaAB§14.2單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射S*一、衍射實(shí)驗(yàn)裝置及衍射圖象屏幕f(2)過(guò)B1、B2、B3作AC的平行平面，去分割波陣面AB，每一份稱為一個(gè)半波帶(波帶)。(1)以l/2為一份，分割BC。B1B2B3目前六頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)(半)波帶面積相等，各波帶發(fā)出的子波數(shù)目相同，在P點(diǎn)引起光振動(dòng)振幅近似相同。兩相鄰(半)波帶發(fā)出的光線，在P

點(diǎn)的光振動(dòng)相抵消。CaAB波面AB處分成偶數(shù)個(gè)半波帶會(huì)聚點(diǎn)為暗紋中心波面AB處分成奇數(shù)個(gè)半波帶會(huì)聚點(diǎn)為明紋中心目前七頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)單縫衍射產(chǎn)生的明暗條紋位置：xf條紋寬度：中央明紋：次級(jí)明紋：目前八頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)光強(qiáng)分布：中央明紋=波面上所有光強(qiáng)之和次級(jí)明紋=波面上部分光強(qiáng)之和CaAB1.當(dāng)a確定,白光照射－－中央明紋為白色,二側(cè)為彩色條紋(紫紅)幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)在時(shí)的極限情況。討論：目前九頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)根據(jù)幾何光學(xué)的成像規(guī)律，當(dāng)縫上下平移時(shí)，平行于透鏡主光軸的衍射光仍匯聚于透鏡的焦點(diǎn)上，形成中央明條紋。平行于透鏡副光軸的衍射光仍匯聚于透鏡副光軸與焦平面的焦點(diǎn)上，形成次級(jí)衍射條紋。所以當(dāng)縫上下平移時(shí)，不但中央明條紋的位置和寬度不變，而且全部條紋分布都不變。3.單縫上下平移時(shí)，屏上衍射條紋FABCabccFFABCab目前十頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)[例14-1]平行單色光垂直照射狹縫，a=0.5mm，f=100cm，離中央明紋中心x=1.5mm的P點(diǎn)處為一亮紋求（1）入射光波長(zhǎng)？（3）對(duì)應(yīng)x處，狹縫波面可分幾個(gè)半波帶？（4）中央明紋寬度（2）P點(diǎn)條紋級(jí)數(shù)和該條紋對(duì)應(yīng)的衍射角？[解]（1）單縫衍射明紋條件：（2）P點(diǎn)明紋對(duì)應(yīng)k=1目前十一頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)（3）波帶數(shù)=(2k+1)k=1，單縫處波面可分3個(gè)半波帶（4）中央明紋寬度：目前十二頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)§14.3圓孔的夫瑯禾費(fèi)衍射光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)0I一、圓孔的夫瑯禾費(fèi)衍射愛(ài)里斑中央明紋：中央亮斑——“愛(ài)里斑”愛(ài)里斑半徑對(duì)圓孔中心的張角目前十三頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)不能分辨兩物點(diǎn)或發(fā)光點(diǎn)經(jīng)透鏡成像時(shí)，由于衍射，所成的像是兩個(gè)有一定大小的斑點(diǎn)（愛(ài)里斑），當(dāng)兩物點(diǎn)靠近時(shí)，兩衍射斑將發(fā)生重疊。目前十四頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)光學(xué)儀器分辯本領(lǐng)：最小分辨角：瑞利判據(jù)：兩物點(diǎn)對(duì)透鏡中心張角=愛(ài)里斑半角寬θ0

時(shí)——恰能分辨天文望遠(yuǎn)鏡的孔徑很大電子顯微鏡的波長(zhǎng)很短目前十五頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)人眼的分辨本領(lǐng)為0.1mm（10-4m）光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)不超過(guò)2×10-7m電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)可達(dá)0.144nm，與原子的大小相當(dāng)，可以看到單個(gè)原子。目前十六頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)干涉和衍射的聯(lián)系與區(qū)別：從本質(zhì)上講，干涉和衍射都是波的相干疊加。只是干涉指的是有限多個(gè)分立光束的相干疊加，衍射指的是無(wú)限多個(gè)子波的相干疊加，而二者又常常同時(shí)出現(xiàn)在同一現(xiàn)象中。目前十七頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)§14.4

光柵衍射一.光柵光柵是現(xiàn)代科技中常用的重要光學(xué)元件。光通過(guò)光柵衍射可以產(chǎn)生明亮尖銳的亮紋，復(fù)色光入射可產(chǎn)生光譜，用以進(jìn)行光譜分析。1.光柵的概念光柵是由大量的等寬等間距的平行狹縫（或反射面）構(gòu)成的光學(xué)元件。從廣義上理解，任何具有空間周期性的衍射屏都可叫作光柵。目前十八頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)透光部分透射光柵玻璃面上刻痕100200mm26萬(wàn)–12萬(wàn)條縫反射光柵晶體金屬面上刻痕d

1?abd刻痕—不透光部分2.光柵的種類：3.光柵常數(shù)是光柵空間周期性的表示。d=a+b目前十九頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)f二、光柵衍射x0屏jabd=a+b——光柵常數(shù)目前二十頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)光柵衍射光強(qiáng)曲線光柵衍射是單縫衍射和縫間光線干涉兩種效應(yīng)的疊加，亮紋的位置決定于縫間光線干涉的結(jié)果。單縫衍射光強(qiáng)曲線I單I多縫干涉光強(qiáng)曲線目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.多縫干涉效應(yīng)：A0k=0,1,2,…A=NA0明紋條件：a+b()ab+sinj光柵方程k=0,1,2,…目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)明紋位置：明紋間距：fx0屏jabja+b暗紋和次明紋：干涉極?。ò担┕馐噶亢险穹锤鞣终駝?dòng)振幅矢量組成一閉和折線目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)相鄰主極大（明紋）間:N-1條暗紋,N-2條次級(jí)大縫數(shù)N越多，暗區(qū)越寬，亮紋越窄。1m=1，2，3，...N()1N()+1N()2N()+,,,...,,21N()+2,...1N()個(gè)極小1N()個(gè)極小N一級(jí)極大N2二級(jí)極大目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)*缺極現(xiàn)象：當(dāng)多縫干涉的主極大正好符合單縫衍射極小時(shí)

——主極大消失（缺級(jí)）光柵方程：?jiǎn)慰p衍射極?。喝奔?jí)！2.單縫衍射效應(yīng)：*光強(qiáng)分布：各狹縫衍射光相干疊加形成的主極大（明紋）光強(qiáng)要受單縫衍射光強(qiáng)分布的調(diào)制——各明紋包絡(luò)線就是單縫衍射光強(qiáng)分布曲線目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6k=-6光柵衍射的光強(qiáng)分布圖單縫衍射第一級(jí)極小值位置多逢干涉第三級(jí)極大值位置缺級(jí)縫數(shù)N=5時(shí)目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)3.d即(a+b)、a對(duì)條紋的影響：這是因?yàn)闆Q定衍射中央明紋的寬度，決定干涉主極大的間距。而

決定衍射中央明紋范圍內(nèi)的干涉條紋數(shù)?！?/p>

若a不變單縫衍射的輪廓線不變；d減小主極大間距變稀，單縫中央亮紋范圍內(nèi)的主極大個(gè)數(shù)減少，缺級(jí)的級(jí)次變低。目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)▲

若d不變各主極大位置不變；a減小單縫衍射的輪廓線變寬，單縫中央明紋范圍內(nèi)的主極大個(gè)數(shù)增加，缺級(jí)的級(jí)次變高。目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)當(dāng)

a時(shí)，第一暗紋在距中心處，單縫衍射的輪廓線變?yōu)楹芷教?，此時(shí)各主極大光強(qiáng)幾乎相同。多縫衍射圖樣多光束干涉圖樣：sin0I極端情形：目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前三十頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)例：波長(zhǎng)為600nm的單色光垂直照射到光柵常數(shù)為4800nm的光柵上，在屏上形成衍射條紋。若第一次缺級(jí)處對(duì)應(yīng)的衍射角為300，已知透鏡的焦距為0.6m.求（1）此光柵中每個(gè)單縫的寬度a為多大？（2）在衍射角為－300到300的范圍內(nèi)可以看到多少條亮條紋？相鄰條紋的間距為多大？在衍射角為－300到300的范圍內(nèi)可以看到7條亮條紋。相鄰條紋的間距衍射中央明條紋寬度第4級(jí)為缺級(jí)目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)四條等寬等間距的狹縫，縫寬為a，相鄰縫間距為2a，其中縫1總是打開的，縫2，3，4可以打開，也可以關(guān)閉。今設(shè)有波長(zhǎng)為的平行單色光垂直入射在狹縫上。下面畫出了夫瑯和費(fèi)衍射圖樣的相對(duì)光強(qiáng)分布曲線，試分別填出它們各對(duì)應(yīng)的是哪幾條縫打開時(shí)的衍射，并指出圖中A和B處對(duì)應(yīng)的目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖a對(duì)應(yīng)縫的衍射，A處B處圖b對(duì)應(yīng)縫的衍射，A處B處圖c對(duì)應(yīng)縫的衍射，A處B處1，21，31,2,3,4有情提示：1.由相鄰兩主極大間有(N-1)暗紋可判定幾縫衍射。2.由缺級(jí)的級(jí)數(shù)目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)[例]用波長(zhǎng)589.3nm的鈉黃光垂直照射在每毫米500條刻痕的光柵上，在光柵后放一f=20cm的凸透鏡。求：（1）第1和第3級(jí)光譜線之間的距離；（2）最多能看到幾條光譜線；（3）若光線以30°斜入射時(shí)，最多能看到幾條譜線？[解]（1）光柵常數(shù)（2）最大級(jí)次k對(duì)應(yīng),則最多看到中央明紋兩側(cè)第3級(jí)譜線，共7條光譜線。目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)*斜入射：（3）斜入射時(shí)，衍射角對(duì)應(yīng)的明紋條件：在中央明條紋上方可觀察到的最高級(jí)項(xiàng)：取k1=5在中央明條紋下方可觀察到的最高級(jí)項(xiàng)：取k2=-1a+b目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)各種波長(zhǎng)的同級(jí)譜線集合起來(lái)，就構(gòu)成了光源的一套光譜——光柵光譜——光譜分析三、光柵光譜——色散現(xiàn)象光柵——分光元件a+b確定，不同：同一級(jí)k對(duì)應(yīng)不同譜線位置xk不同xfo屏復(fù)色光j一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十八點(diǎn)在該衍射方向上兩波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的和級(jí)譜線重疊，稱為重級(jí)現(xiàn)象。xfo屏復(fù)色光j一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于十