光的衍射现象精选PPT.ppt

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1、光的衍射现象第1页，此课件共43页哦 二.菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射夫夫 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菲菲 涅涅 耳耳 衍衍 射射缝缝光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远第2页，此课件共43页哦在在实实验验中中实实现现夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射第3页，此课件共43页哦三三.惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理子波在子波在 点引起的振动振幅点引起的振动振幅 并与并与 有关有关 ：波阵面上面元：波阵面上面元 (子波波源子波波源)：时刻波阵面时刻波阵面 *e菲涅耳指出：菲涅耳指出：波场中各点的强度由各子波在该波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决

2、定点的相干叠加决定.第4页，此课件共43页哦 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 (1)对子波的振幅和相位作了定量描述。对子波的振幅和相位作了定量描述。(2)空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果。的结果。有限个分立相干波叠加有限个分立相干波叠加 干涉干涉无限多个连续分布无限多个连续分布子波源子波源相干叠加相干叠加 衍射衍射第5页，此课件共43页哦夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射（衍射角：（衍射角：向上为正，向下为负）向上为正，向下为负）菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法衍射角衍射角17-6 17-6 单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射第6页，

3、此课件共43页哦一.半波带法缝长缝长第7页，此课件共43页哦光的衍射内容归纳光的衍射内容归纳：m为奇数为奇数:剩下一个半波带中的衍射光线未被抵消剩下一个半波带中的衍射光线未被抵消对应的屏上相聚点为明纹中心对应的屏上相聚点为明纹中心m为偶数：为偶数：相邻两半波带中对应光线光程差相邻两半波带中对应光线光程差相位差相位差 ,两两相消两两相消,屏上相聚点为暗纹屏上相聚点为暗纹中心中心对应非明、暗纹中心的其余位置对应非明、暗纹中心的其余位置第8页，此课件共43页哦干涉相消干涉相消(暗纹暗纹)干涉加强干涉加强(明纹明纹)（介于明暗之间）（介于明暗之间）偶数偶数个半波带个半波带奇数奇数个半波带个半波带中央明

4、纹中心中央明纹中心（个半波带）个半波带）第9页，此课件共43页哦二.光强分布干涉相消（暗纹）干涉相消（暗纹）干涉加强（明纹）干涉加强（明纹）第10页，此课件共43页哦三.条纹线宽度与角宽度中央明纹线宽度中央明纹线宽度中央明纹角宽度中央明纹角宽度 其它明纹的线宽度其它明纹的线宽度其它明纹的角宽度其它明纹的角宽度第11页，此课件共43页哦越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.讨论1：衍射条纹分布与波长衍射条纹分布与波长 的关系的关系第12页，此课件共43页哦讨论讨论2 2：衍射条纹分布与单缝宽度衍射条纹分布与单缝宽度a关系关系越小，越小，越大越大越大，越大，越小越小第13页，此课件

5、共43页哦白光衍射白光衍射单色光衍射单色光衍射第14页，此课件共43页哦 双缝干涉、单缝衍射明暗纹条件刚好相反。双缝干涉、单缝衍射明暗纹条件刚好相反。注意注意：双缝干涉中双缝干涉中明明暗暗单缝衍射中单缝衍射中明明暗暗第15页，此课件共43页哦例例1：一束波长为一束波长为 =5000的平行光垂直照射在一个单缝上。的平行光垂直照射在一个单缝上。(1)已知单缝衍射的第一暗纹的衍射角已知单缝衍射的第一暗纹的衍射角 1=300，求该单缝的宽，求该单缝的宽度度a=?(2)如果所用的单缝的宽度如果所用的单缝的宽度a=0.5mm，缝后紧挨着，缝后紧挨着的薄透镜焦距的薄透镜焦距f=1m，求：，求：(a)中央明条

6、纹的角宽度；中央明条纹的角宽度；(b)中中央亮纹的线宽度；央亮纹的线宽度；(c)第一级与第二级暗纹的距离；第一级与第二级暗纹的距离；解：解：(1)第一级暗纹第一级暗纹 k=1,1=300第16页，此课件共43页哦(a)(b)(c)第17页，此课件共43页哦例例2：一束波长为一束波长为 =5000的平行光垂直照射在一个单的平行光垂直照射在一个单缝上。缝上。a=0.5mm，f=1m 如果在屏幕上离中央亮纹中心如果在屏幕上离中央亮纹中心为为x=3.5mm处的处的P点为一亮纹，试求点为一亮纹，试求(a)该该P处亮纹的级数；处亮纹的级数；(b)从从P处看，对该光波而言，狭缝处的波阵面可分割处看，对该光波

7、而言，狭缝处的波阵面可分割成几个半波带？成几个半波带？(b)当当k=3时，光程差时，光程差狭缝处波阵面可分成狭缝处波阵面可分成7个半波带。个半波带。第18页，此课件共43页哦 17-7 17-7 圆孔夫琅和费衍射圆孔夫琅和费衍射爱爱里里斑斑一.圆孔夫琅和费衍射条纹：条纹：明暗相间同心圆环明暗相间同心圆环第一暗环所围成的中央光第一暗环所围成的中央光斑称为爱里斑，集中大部分能量斑称为爱里斑，集中大部分能量(占占80%)80%)第19页，此课件共43页哦2.2.爱里斑的半线宽度爱里斑的半线宽度 1.1.爱里斑的半角宽度爱里斑的半角宽度 爱里斑半径爱里斑半径 对透镜光心的张角对透镜光心的张角爱里斑半径

8、爱里斑半径第20页，此课件共43页哦 3.3.瑞利判据瑞利判据恰能分辨恰能分辨不能分辨不能分辨能够分辨能够分辨一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨。物点）恰为这一光学仪器所分辨。第21页，此课件共43页哦二二.光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领*光学仪器的通光孔径光学仪器的通光孔径1.1.最小分辨角最小分辨角恰好能够被人眼分辨的角距离的极限恰好能够被人眼分辨的角距离的极限第22页，此课件共43页哦2.2.光学仪器的分辨本领光学

9、仪器的分辨本领提高分辨率途径提高分辨率途径哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜物镜的直径为物镜的直径为2.4 m最小分辨角最小分辨角第23页，此课件共43页哦 例例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3 mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为而在可见光中，人眼最敏感的波长为550 nm，问，问(1)人眼的最小分辨角有多大？人眼的最小分辨角有多大？(2)若物体放在距人眼若物体放在距人眼25 cm（明视距离）处，则两（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？物点间距为多大时才能被分辨？解解(1)(2)第24页，此课件共43页哦解解(1(1)例例2 毫米波雷达发出的波束

10、比常用的雷达波束窄，毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击.(1)(1)毫米波雷达，其圆形天线直径为毫米波雷达，其圆形天线直径为55 cm，发射频，发射频率为率为220 GHz的毫米波，计算其波束的角宽度；的毫米波，计算其波束的角宽度；(2)(2)船用雷达波长为船用雷达波长为1.57 cm，圆形天线直径为，圆形天线直径为2.33 m.计算其波束的角宽度计算其波束的角宽度(2)(2)第25页，此课件共43页哦等宽度、等距离的狭缝排列起来的光学元件等宽度、等距离的狭缝排列起来的光学元件.衍射角17-817-8 衍射光

11、栅衍射光栅第26页，此课件共43页哦光栅常数a：透光部分的宽度：透光部分的宽度b：不透光部分的宽度：不透光部分的宽度光栅常数光栅常数 d 的数量级约为：的数量级约为：例：例：光栅光栅1cm内有内有5000条刻痕则光栅常数为：条刻痕则光栅常数为：第27页，此课件共43页哦二.光栅衍射条纹特点(1)(1)光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果。光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果。衍射图样是重叠在一起的，若光栅有衍射图样是重叠在一起的，若光栅有N N条缝，则衍射条缝，则衍射图样中明条纹亮度增加图样中明条纹亮度增加 倍，多光束干涉的结果又倍，多光束干涉的结果又使两主极大明纹之间有使两主极大明纹之间有(N-

12、1)(N-1)条暗纹，而各主极大的条暗纹，而各主极大的亮度又受到单缝衍射的调制。亮度又受到单缝衍射的调制。(2)(2)衍射条纹特点是明条纹细且亮，两条纹之间存在有很宽的衍射条纹特点是明条纹细且亮，两条纹之间存在有很宽的暗区。暗区。第28页，此课件共43页哦光栅衍射单缝衍射第29页，此课件共43页哦光栅衍射明条纹位置满足：光栅衍射明条纹位置满足：k=0,1,2,3 三、光栅方程x屏屏f第30页，此课件共43页哦 光强分布光强分布几点讨论:第31页，此课件共43页哦 光栅中狭缝条数越多光栅中狭缝条数越多(N越大越大),),明纹越细明纹越细.(a)1条缝条缝(f)20条缝条缝(e)6条缝条缝(c)3

13、条缝条缝(b)2条缝条缝(d)5条缝条缝第32页，此课件共43页哦一定，一定，减少，减少，增大增大 光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远.条纹最高级数条纹最高级数第33页，此课件共43页哦缺极时衍射角同时满足：缺极时衍射角同时满足：缺级现象缺级现象某一级多狭缝干涉主极大值恰好位于单狭缝衍射极小值的位某一级多狭缝干涉主极大值恰好位于单狭缝衍射极小值的位置，在应该出现亮纹的地方，不再出现亮纹的现象。置，在应该出现亮纹的地方，不再出现亮纹的现象。asin =k k=0,1,2,(a+b)sin =k 单缝衍射极小条件和单缝衍射极小条件和缝间光束干涉极大条件缝间

14、光束干涉极大条件。k 就是所缺的级次就是所缺的级次第34页，此课件共43页哦k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6k=-6单缝衍射第一级单缝衍射第一级极小值位置极小值位置缺级现象缺级现象光栅衍射第三级光栅衍射第三级(k=3)(k=3)极大值极大值位置位置缺级：缺级：K=3,6,9,.则则例：例：第35页，此课件共43页哦解解:(1)例例1：波长为波长为6000的单色光垂直入射在一光栅上，的单色光垂直入射在一光栅上，第二级明纹出现在第二级明纹出现在sin=0.2处，第处，第4级为第一个缺级。级为第一个缺级。求求(1)光栅上相邻两缝的距离是多少？光栅上相

15、邻两缝的距离是多少？(2)狭缝可能的狭缝可能的最小宽度是多少？最小宽度是多少？(3)按上述选定的按上述选定的 值，实际上值，实际上能观察到的全部明纹数是多少？能观察到的全部明纹数是多少？第36页，此课件共43页哦在在-900sin 900范围内可观察到的明纹级数为范围内可观察到的明纹级数为k=0,1,2,3,5,6,7,9,共共15条明纹条明纹(3)由光栅方程由光栅方程当当第37页，此课件共43页哦(+b)(sin sin )=k k=0,1,2,3 表示衍射方向与法线之间夹角，均取正值表示衍射方向与法线之间夹角，均取正值当当 与与 在法线同侧，记为在法线同侧，记为+反之记为反之记为-斜入射光

16、栅方程第38页，此课件共43页哦入射光为白光时，形成彩色光谱入射光为白光时，形成彩色光谱.一级光谱一级光谱 二级光谱二级光谱 三级光谱三级光谱四、光栅光谱第39页，此课件共43页哦光谱分析的应用由于不同元素（或化合物）各有自己特由于不同元素（或化合物）各有自己特定的定的光谱，光谱，所以由谱线的成分，可分析出发所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量强度定量分析出元素的含量.第40页，此课件共43页哦例例2 2 在波长在波长 的白光的白光垂直照射在光栅上，在它的衍垂直照射在光栅上，在它的衍射光谱中，第二级和第

17、三级发射光谱中，第二级和第三级发生重叠，求第二级光谱被重叠生重叠，求第二级光谱被重叠的波长范围。的波长范围。解：令第三级光谱中解：令第三级光谱中 的光与第二级光谱中的光与第二级光谱中波长为波长为 的光对应的衍射角为的光对应的衍射角为 ，则，则第二级光谱被重叠的波长范围是第二级光谱被重叠的波长范围是紫紫红红紫紫红红第41页，此课件共43页哦解：解：例例3:用白光用白光 垂直照射在每厘垂直照射在每厘米有米有6500条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角角.红光红光紫光紫光 不可见不可见第三级光谱的张角第三级光谱的张角第42页，此课件共43页哦例例4：一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长波长 1=4400,2=6600实验发现，两种波长的谱线实验发现，两种波长的谱线(不计不计中央明纹中央明纹)第二次重合于衍射角第二次重合于衍射角=600的方向上，求此光栅的的方向上，求此光栅的光栅常数光栅常数d。解：解：第二次重合第二次重合k1=6,k2=4两谱线重合时两谱线重合时所以所以即即第43页，此课件共43页哦