大学物理光的衍射ppt课件.ppt
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1、大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University9.3 光的衍射光的衍射一、光的衍射一、光的衍射衍射屏衍射屏观察屏观察屏光在传播过程中绕过障碍物而偏离直线传播的现象光在传播过程中绕过障碍物而偏离直线传播的现象衍射现象是否明显取决于障碍物线度与波长的对比,波长衍射现象是否明显取决于障碍物线度与波长的对比,波长越大,障碍物越小,衍射越明显。越大,障碍物越小,衍射越明显。光源光源剃须刀边缘衍射剃
2、须刀边缘衍射衍射:衍射:大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University( (远场衍射远场衍射) )夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射( (近场衍射近场衍射) )菲涅耳衍射菲涅耳衍射 光的衍射分类光的衍射分类无限远光源无限远光源无限远相遇无限远相遇S光源光源O , ,观察屏观察屏E 到衍射屏到衍射屏S 的距离为有限远的衍射的距离为有限远的衍射光源光源O , ,观察屏观察屏E 到衍射屏到衍射屏S 的距
3、离均为无穷远的衍射的距离均为无穷远的衍射( ( 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射 ) )P0PSOE( ( 菲涅耳衍射菲涅耳衍射 ) )大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理原理内容:原理内容:(1)同一波前上的各点发出的都是相干子波。同一波前上的各点发出的都是相干子波。(2)各子波在空间某点的相干叠加,就决定了该点波的强度。各子波在空间某点的相干叠加,就
4、决定了该点波的强度。将波面将波面 S 划分成无数的面元划分成无数的面元ds ,每,每一面元都是子波源。一面元都是子波源。 P 点的光振动是点的光振动是所有面元光振动的叠加:所有面元光振动的叠加:SsdnrP QSpsrTtrkCE)d(cos2)()(其中其中 C 由光强决定;由光强决定;)(k为倾斜因子为倾斜因子数学表达式:数学表达式:大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University二、
5、单缝衍射二、单缝衍射P0C*of BA( ( 单缝夫琅禾费衍射典型装置单缝夫琅禾费衍射典型装置 ) )xsinaAC的光程差的光程差PBA,( a 为缝为缝 AB的宽度的宽度 )菲涅耳根据通过单缝的光波的对称性,提出了菲涅耳根据通过单缝的光波的对称性,提出了半波带理论半波带理论,用代数加法或矢量图解代替积分,可简单解释衍射现象。用代数加法或矢量图解代替积分,可简单解释衍射现象。f大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorth
6、west A&F UniversityAB中央明纹中央明纹0sin a沿入射方向传播的子波:沿入射方向传播的子波:偏离入射方向传播的子波:偏离入射方向传播的子波:22sina此时缝分为两个此时缝分为两个“半波带半波带”,”, P 为暗纹为暗纹。BA,3 , 2 , 122sin kka暗纹条件暗纹条件半波带半波带半波带半波带AB1122Dsina一一|2一一|2一一|2一一|2sina|2|2大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F Universi
7、tyNorthwest A&F UniversityBA23sinaP 为明纹。为明纹。此时缝分成三个此时缝分成三个“半波带半波带”,”,,3 , 2 , 1 2) 1 2(sin kka明纹条件明纹条件sina一一2ABsina|2|2一一|2一一|2一一|2一一|2一一|2大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University讨论:讨论:,3 , 2 , 122sin kka(3) 单缝衍射
8、和双缝干涉条纹比较单缝衍射和双缝干涉条纹比较为什么明、暗纹条件式中不包含为什么明、暗纹条件式中不包含k 0(1) 暗纹条件暗纹条件k =0对应着对应着0 0,是中央明纹的中心是中央明纹的中心, ,不符合该式的含义。不符合该式的含义。(2) 明纹条件明纹条件,3 , 2 , 1 2) 1 2(sin kkak=0虽对应于一个半波带形成的亮点,但仍处在中央虽对应于一个半波带形成的亮点,但仍处在中央明纹的范围内,呈现不出单独的明纹。中央明纹是对明纹的范围内,呈现不出单独的明纹。中央明纹是对应于应于 的两条暗纹之间的部分。的两条暗纹之间的部分。1k单缝衍射单缝衍射双缝干涉双缝干涉?大学物理电子教案大学
9、物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University暗纹坐标暗纹坐标fBAxpokfxaaaktansin明纹坐标明纹坐标212antsin)( kfxaaak条纹坐标条纹坐标afkxk), 2 , 1(kafkxk2) 12(), 2 , 1(k大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNort
10、hwest A&F UniversityNorthwest A&F University单缝衍射明纹角宽度和线宽度单缝衍射明纹角宽度和线宽度衍射屏衍射屏透镜透镜011x2xof0 xx1x1中央明纹中央明纹 角宽度角宽度a2210线宽度线宽度afffx22tan2110角宽度角宽度相邻两暗纹中心对应的衍射角之差相邻两暗纹中心对应的衍射角之差线宽度线宽度观察屏上相邻两暗纹中心的间距观察屏上相邻两暗纹中心的间距k 级明纹级明纹 角宽度角宽度ak观测屏观测屏afxk线宽度线宽度大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthw
11、est A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University(1) 暗纹和中央明纹位置精确暗纹和中央明纹位置精确, ,其它其它明纹位置只是近似明纹位置只是近似条纹说明条纹说明(5) 缝位置变化不影响条纹位置分布缝位置变化不影响条纹位置分布波动光学退化到几何光学波动光学退化到几何光学。观察屏上不出现暗纹观察屏上不出现暗纹。0a00(3)1a0(4)(2)波长越长,缝宽越小波长越长,缝宽越小, ,条纹宽度越宽条纹宽度越宽a2210fBA( 单缝夫琅禾费衍射典型装置单缝夫琅禾费衍射典型装置 )大学物理电子教案大学物理电子教案大学
12、物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University解解例例求求在夫琅禾费单缝衍射中在夫琅禾费单缝衍射中, , 已知缝宽已知缝宽1.010-4m ,透镜焦距透镜焦距一级暗纹坐标一级暗纹坐标 为为0.5m现用现用760nm的单色平行光垂直照射的单色平行光垂直照射(1) 中央明纹的宽度中央明纹的宽度(2) 第三级明纹距中央明纹的距离第三级明纹距中央明纹的距离afx1中央明纹宽度中央明纹宽度 mm6 . 71 . 0500107602
13、260afxmm3 .131 . 02500107607213263afx)(第三级明纹坐标第三级明纹坐标 大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University解解例例求求nm4507630575在夫琅禾费单缝衍射中在夫琅禾费单缝衍射中, ,波长为波长为 的单色光的第的单色光的第 3 3 级亮纹级亮纹与与 =630nm的单色光的第的单色光的第 2 2 级亮纹重合级亮纹重合根据题意有根据题意有2
14、3sinsin aa 的值的值 。2) 132(sin3a2) 122(sin2a此两级亮纹重合,即此两级亮纹重合,即大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University求求kka)sinsin(aksinsin), 3 , 2 , 1(k对于暗纹有对于暗纹有则则如图示,设有一波长为如图示,设有一波长为 的单色平面波沿着与缝平面的法的单色平面波沿着与缝平面的法线成线成 角的方向入射到宽为角的方
15、向入射到宽为 a 的单缝的单缝 AB 上。上。解解 在狭缝两个边缘处,衍射角为在狭缝两个边缘处,衍射角为 的两光的光程差为的两光的光程差为)sinsin(a例例AB asinasin写出各级暗条纹对应的衍射角写出各级暗条纹对应的衍射角 所满足的条件。所满足的条件。大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University光栅光栅反射光栅反射光栅透射光栅透射光栅透光宽度透光宽度不透光宽度不透光宽度光栅
16、常数光栅常数 badab大量等宽等间距的平行狭缝大量等宽等间距的平行狭缝( (或反射或反射面面) )构成的光学元件构成的光学元件光栅宽度为光栅宽度为 l ,每毫米缝数每毫米缝数为为 m ,则总缝数则总缝数lmN三、光栅衍射三、光栅衍射大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University2sdP1soaad3只考虑单缝衍射强度分布只考虑单缝衍射强度分布双缝光栅强度分布双缝光栅强度分布f光栅衍射的
17、基本特点光栅衍射的基本特点屏上的强度为屏上的强度为单缝衍射单缝衍射和和缝间干涉缝间干涉的共同结果。的共同结果。以二缝光栅为例以二缝光栅为例xk10II0-33只考虑双缝干涉强度分布只考虑双缝干涉强度分布10IIk0-11012-1-2k10II大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University sin)(baPba Lfokbasin)(( 为为主极大级数)主极大级数), 2 , 1 , 0
18、k缝间干涉主极大缝间干涉主极大条件条件光栅方程光栅方程缝间干涉主极大就是光栅衍射主极大,其位置满足缝间干涉主极大就是光栅衍射主极大,其位置满足光栅衍射主极大光栅衍射主极大kbasin)(, 3 , 2 , 1 , 0k 光栅方程光栅方程 大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F Universitykasindkaksin2ad23ad6, 4, 2k9, 6, 3k例如例如缺级缺级缺级缺级缺级条件分析
19、缺级条件分析缺级条件缺级条件adkk, 3 , 2 , 1 kkbasin)(多缝干涉主极大光强受单缝衍射光强调制,使得主极大光多缝干涉主极大光强受单缝衍射光强调制,使得主极大光强大小不同,在单缝衍射光强极小处的强大小不同,在单缝衍射光强极小处的主极大主极大缺级。缺级。大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案大学物理电子教案Northwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F UniversityNorthwest A&F University透镜离狭缝距离很近:透镜离狭缝距离很近:fxtansin第第 k 级明纹坐
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