大学物理AII衍射.pptx

衍射：衍射：波能够绕过障碍物继续传播的现象。波能够绕过障碍物继续传播的现象。水水波波通通过过狭狭缝缝后后的的衍衍射射惠更斯原理：惠更斯原理：介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，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新的波前。而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前。惠更斯原理：惠更斯原理：波波的的衍衍射射波的衍射波的衍射圆孔衍射圆孔衍射单缝衍射单缝衍射*光的衍射现象：光的衍射现象：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、屏与缝相距有限远菲涅耳衍射和夫琅和费衍射：菲涅耳衍射和夫琅和费衍射：菲涅耳半波带法：菲涅耳半波带法：缝长缝长暗纹暗纹菲涅耳半波带法：菲涅耳半波带法：明纹明纹缝长缝长干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）（明纹明纹明纹明纹）（介于（介于明明暗暗之间）之间）中央明纹中心中央明纹中心菲涅耳半波带法：菲涅耳半波带法：在单缝夫琅和费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应于在单缝夫琅和费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应于单缝处波面可划分为单缝处波面可划分为个半波带，若将缝宽缩小一个半波带，若将缝宽缩小一半，原来第三级暗纹处将是第半，原来第三级暗纹处将是第级级纹。纹。例例1：明明在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为的单色光垂直的单色光垂直入射在宽度入射在宽度a=5a=5的单缝上，对应于衍射角的单缝上，对应于衍射角的方向上若的方向上若单缝处波面恰好可分成单缝处波面恰好可分成5 5个半波带，则衍射角个半波带，则衍射角=。屏幕上与该衍射角对应处出现屏幕上与该衍射角对应处出现级级纹。纹。例例2：明明在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为的单色光的第三级明在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为的单色光的第三级明纹与波长为纹与波长为630nm630nm的单色光的第二级明纹恰好重合，试计算波长。的单色光的第二级明纹恰好重合，试计算波长。例例3：出现三级明纹出现三级明纹：出现二级明纹出现二级明纹：暗纹坐标暗纹坐标：光强分布：光强分布：中央明纹的宽度中央明纹的宽度p用白光光源进行实验。用白光光源进行实验。思考：思考：进行下列操作，单缝衍射条纹将怎样变化？进行下列操作，单缝衍射条纹将怎样变化？p将整套装置浸入水中；将整套装置浸入水中；p将单缝稍稍向上平移；将单缝稍稍向上平移；p入射光斜向上地入射到单缝上；入射光斜向上地入射到单缝上；中央明纹两侧出现彩色条纹中央明纹两侧出现彩色条纹条纹不变条纹不变条纹上移条纹上移条纹上移条纹上移条纹变窄条纹变窄p将透镜稍稍向上平移；将透镜稍稍向上平移；p使用大焦距透镜且将屏使用大焦距透镜且将屏幕移到新的焦平面上；幕移到新的焦平面上；p将屏幕向后平移；将屏幕向后平移；条纹消失条纹消失条纹变宽条纹变宽艾艾里里斑斑圆孔衍射圆孔衍射*最小分辨角最小分辨角光学仪器分辨率光学仪器分辨率光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率孔径孔径D干涉与衍射的区别：干涉与衍射的区别：干涉是有限束光的相干叠加，而衍射是无数个子波的相干涉是有限束光的相干叠加，而衍射是无数个子波的相干叠加干叠加干涉中不同级次条纹光强是一样的，而衍射中不同级次干涉中不同级次条纹光强是一样的，而衍射中不同级次条纹的光强是不同的条纹的光强是不同的干涉条纹是等间距的，而衍射中中央明纹的宽度是其他干涉条纹是等间距的，而衍射中中央明纹的宽度是其他条纹宽度的两倍条纹宽度的两倍双缝干涉与单缝衍射明暗条纹的条件是相反的。双缝干涉与单缝衍射明暗条纹的条件是相反的。例例4：一双缝，缝距一双缝，缝距d=0.4mmd=0.4mm，两缝宽度都是，两缝宽度都是b=0.08mmb=0.08mm，用波长，用波长=480nm=480nm的平行光垂直照射双缝，在双缝后面放一焦距的平行光垂直照射双缝，在双缝后面放一焦距f=2mf=2m的的透镜，试求：透镜，试求：（1 1）在透镜焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的宽度。）在透镜焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的宽度。（2 2）在单缝衍射中央明纹范围内的双缝干涉明纹数目）在单缝衍射中央明纹范围内的双缝干涉明纹数目N N。1010个条纹宽度个条纹宽度5 5级条纹缺级级条纹缺级1 条条 缝缝20 条条 缝缝3 条条 缝缝5 条条 缝缝光栅衍射条纹光栅衍射条纹光栅：光栅：许多许多等宽度等宽度、等距离等距离的狭缝排列起来形成的光学元件的狭缝排列起来形成的光学元件.衍射角衍射角光栅衍射光栅衍射光栅常数光栅常数衍射角衍射角光栅衍射条纹的形成光栅衍射条纹的形成光栅方程：光栅方程：最高级数：最高级数：一般谱线间距：一般谱线间距：一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长的光，种波长的光，1=440 nm，2=660 nm。实验发现，两。实验发现，两种波长的谱线种波长的谱线(不计中央明纹不计中央明纹)第二次重合于衍射角第二次重合于衍射角=60的方向上求此光栅的光栅常数的方向上求此光栅的光栅常数d练习练习3：光强分布光强分布a sin =k k=1,2,缺极时衍射角同时满足：缺极时衍射角同时满足：(a+b)sin =k k=0,1,2,即：即：k=(a+b)/a k k 就是所缺的级次就是所缺的级次由于单缝衍射的影响，在应该出现亮纹的地方，由于单缝衍射的影响，在应该出现亮纹的地方，不再出现亮纹。不再出现亮纹。缝间光束干涉极大缝间光束干涉极大单缝衍射极小单缝衍射极小缺级现象缺级现象缺级：缺级：对某一定波长的垂直入射光，衍射光栅的对某一定波长的垂直入射光，衍射光栅的屏幕上只能出现零级和一级主极大，欲使屏幕屏幕上只能出现零级和一级主极大，欲使屏幕上出现更高级次的主极大，应该上出现更高级次的主极大，应该（）（A）换一个光栅常数较小的光栅）换一个光栅常数较小的光栅（B）换一个光栅常数较大的光栅）换一个光栅常数较大的光栅（C）将光栅向靠近屏幕的方向移动）将光栅向靠近屏幕的方向移动（D）将光栅向远离屏幕的方向移动）将光栅向远离屏幕的方向移动B例例5：某单色光垂直入射到光栅上，衍射光谱中某单色光垂直入射到光栅上，衍射光谱中共出现了共出现了5条明条纹。若已知此光栅缝宽度与条明条纹。若已知此光栅缝宽度与不透明部分宽度相等，那么在中央明纹一侧的不透明部分宽度相等，那么在中央明纹一侧的两条明纹分别是第两条明纹分别是第 和第和第 级级明纹？明纹？13例例6：入射光为入射光为白光白光时，时，不同，不同，不同，按波长分开形成不同，按波长分开形成光谱光谱.一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱衍射光谱衍射光谱光栅方程：光栅方程：单缝衍射单缝衍射圆孔衍射圆孔衍射光栅衍射光栅衍射菲涅耳半波带法：菲涅耳半波带法：条纹宽度：条纹宽度：光栅方程：光栅方程：暗暗明明光学仪器的分辨率：光学仪器的分辨率：明明缺缺级级缺级条件：缺级条件：最高级数：最高级数：暗暗光的衍射小结光的衍射小结