单缝的夫琅禾费衍射.ppt

同学同学们们好！好！*S f f a 透透镜镜L1透透镜镜L2pBA缝缝平面平面观观察屏察屏0*17179 9 单缝单缝的夫琅禾的夫琅禾费费衍射衍射一一.装置装置缝宽缝宽a a：其上每一点均：其上每一点均为为子波源，子波源，发发出衍射光出衍射光衍射角衍射角：衍射光衍射光线线与波面法与波面法线夹线夹角角0 0 中央明中央明纹纹中心中心0 0，衍射光，衍射光线汇线汇集于集于L L2 2的焦点的焦点0 P处处光光强强可由菲涅耳公式可由菲涅耳公式计计算算介介绍绍确定确定P P光光强强的两种的两种简简便方法便方法菲涅耳波菲涅耳波带带法法振幅矢量叠加法振幅矢量叠加法0 0，衍射光，衍射光线汇线汇集于集于L L2 2的焦平面上某点的焦平面上某点P P对应对应的的单缝单缝a被分被分为为k个半波个半波带带二、二、菲涅耳半波菲涅耳半波带带法（半定量方法）法（半定量方法）BaxfPA.C.A12.A3A2对应对应中央明中央明纹纹中心中心BAaf两两相消，屏上相聚点两两相消，屏上相聚点为为暗暗纹纹k为为偶数：偶数：2.BAafPxC2A2A1A3A42.BAafPxC2A2A1A3k为为奇数奇数:剩下一个半波剩下一个半波带带中的中的衍射光衍射光线线未被抵消未被抵消对应对应的屏上相聚点的屏上相聚点为为明明纹纹中心中心对应对应非明、暗非明、暗纹纹中心的其余位置中心的其余位置1.1.明暗明暗纹纹条件条件中央明中央明纹纹中心中心各各级级明明纹纹中心中心暗暗纹纹注意：注意：Isin01.1.明暗明暗纹纹条件条件2.2.明明纹纹角角宽宽度、度、线宽线宽度度角角宽宽度：度：相相邻邻两暗两暗纹纹中心中心对应对应的衍射角之差的衍射角之差线宽线宽度：度：观观察屏上相察屏上相邻邻两暗两暗纹纹中心的中心的间间距距（1 1）中央明）中央明纹纹xI0 x1x2衍射屏衍射屏透透镜镜观测观测屏屏x0 f 1 当当 时时，1 级级暗暗纹对应纹对应的的衍射角衍射角角角宽宽度度为为：线宽线宽度度为为：xI0 x1x2衍射屏衍射屏透透镜镜观测观测屏屏x0 f 1（2 2）次明）次明纹纹 前提仍然是前提仍然是 很小很小越大，越大，越大，衍射效越大，衍射效应应越明越明显显.（1 1）入射波）入射波长变长变化，衍射效化，衍射效应应如何如何变变化化?3.3.条条纹纹移移动动白光入射有色散作用白光入射有色散作用（2 2）单缝宽单缝宽度度变变化，中央明化，中央明纹宽纹宽度如何度如何变变化？化？/a/a 衍射反比率衍射反比率 缝缝越窄，衍射越明越窄，衍射越明显显，衍射反比率反映了障碍，衍射反比率反映了障碍物与光波之物与光波之间间限制和限制和扩扩展的展的辩证辩证关系，限制范关系，限制范围围越越紧紧，扩扩展展现现象愈象愈显显著，在何方限制，就在著，在何方限制，就在该该方方向向扩扩展；展；其次包含着放大，其次包含着放大，a a越小，越小，越大，是一种越大，是一种光学光学变换变换放大，放大，这这正是激光正是激光测测径和衍射用于物径和衍射用于物质质结结构分析的基本原理。构分析的基本原理。当当a a时时，0 0，几何投影斑，几何投影斑，过过渡渡到几何光学（到几何光学（a a10103 3 以上）以上）当当a a1010 103 时时，衍射，衍射显显著著 当当a a时时，衍射极端，衍射极端显显著，全衍射，向光著，全衍射，向光的散射的散射过过渡渡（3 3）单缝单缝沿垂直于沿垂直于轴线轴线的方向上下稍稍移的方向上下稍稍移动时动时条条纹纹不移不移动动单缝单缝上移，零上移，零级级明明纹纹仍在透仍在透镜镜光光轴轴上上.（4 4）若平行光非垂直入射若平行光非垂直入射中央明中央明纹纹中心中心暗暗明明（中央明（中央明纹纹向下移向下移动动）（中央明（中央明纹纹向上移向上移动动）4.4.条条纹纹亮度分布亮度分布中央明中央明纹纹中心中心:全部光全部光线线干涉相干涉相长长一一级级明明纹纹中心中心:二二级级明明纹纹中心中心:(由菲涅由菲涅尔尔波波带带法：法：)中央明中央明纹纹集中大部分能量，集中大部分能量，明条明条纹级纹级次越高亮度越弱次越高亮度越弱.屏幕屏幕I讨论讨论：（1）单缝单缝衍射明暗衍射明暗纹纹条件是否与双条件是否与双缝缝干涉明暗干涉明暗纹纹条条 件矛盾？件矛盾？双双缝缝干涉干涉单缝单缝衍射衍射明明纹纹条件条件暗暗纹纹条件条件条条纹级纹级次次max不矛盾！不矛盾！单缝单缝衍射衍射不是两两相干光不是两两相干光线线的光程的光程差，而是衍射角差，而是衍射角为为的一束光的一束光线线的最大光程差。的最大光程差。（2）单缝单缝衍射明暗衍射明暗纹纹条件中条件中 k 值为值为什么不能什么不能取零？取零？暗暗纹纹公式中，公式中，k0，0 0，为为中央明中央明纹纹中中心，不是暗心，不是暗纹纹明明纹纹公式中，可公式中，可k0，/2/2，仍在中央明，仍在中央明纹纹区区,不是明不是明纹纹中心中心中央明中央明纹纹一一级级明明纹纹二二级级明明纹纹一一级级暗暗纹纹二二级级暗暗纹纹三三级级暗暗纹纹（3 3）暗）暗纹纹和中央明和中央明纹纹位置精确，其他明位置精确，其他明纹纹位置只位置只 是近似是近似 /a-(/a)2(/a)-2(/a)0.0470.017 1I/I0 0相相对对光光强强曲曲线线0.0470.017sin 将将a a划分划分为为N N个等个等宽宽的狭窄波的狭窄波带带，设设每个波每个波带带内能量集中于内能量集中于图图中所示光中所示光线线aP L每条光每条光线线在屏上引起光振在屏上引起光振动动振幅相等振幅相等两相两相邻邻光光线线相位差相位差两相两相邻邻光光线线光程差光程差三、三、振幅矢量法（定量方法）振幅矢量法（定量方法）(P.42)用多用多边边形法形法则进则进行行N N个大小相等、个大小相等、两两依次相差两两依次相差为为1 1的光振的光振动动的叠加的叠加令令即中央明即中央明纹纹中心中心处处振幅振幅则则当当0 0时时，u u0 0，明明纹纹：暗暗纹纹：请请与半波与半波带带法比法比较较