2021-2022学年高二物理竞赛课件：光的衍射单缝与圆孔衍射.pptx

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1、光的衍射单缝与圆孔衍射01 01 光的衍射现象光的衍射现象光的衍射现象光的衍射现象光的衍射光的衍射 光通过障碍物，偏离原来传播方向光通过障碍物，偏离原来传播方向 光强重新分布，形成明暗相间的条纹光强重新分布，形成明暗相间的条纹 02 02 惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理菲涅耳原理菲涅耳原理1 1 惠更斯原理惠更斯原理惠更斯原理惠更斯原理 波面上每一点发出球面次波波面上每一点发出球面次波 任一时刻的波面任一时刻的波面 是所有子波波面的包络面是所有子波波面的包络面解释了光的直线传播解释了光的直线传播反射、折射和双折射现象反射、折射和双折射现象原理未涉及强度和波长概念原理未涉及强度和波

2、长概念 不能解决衍射问题不能解决衍射问题2 2 惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯 菲涅耳原理菲涅耳原理菲涅耳原理菲涅耳原理空间一点光的强度由次波相干叠加决定空间一点光的强度由次波相干叠加决定 1815年法国土木工程师、物理学家菲涅尔年法国土木工程师、物理学家菲涅尔弥补了惠更斯原理的不足之处弥补了惠更斯原理的不足之处补充了次波相干叠加的概念补充了次波相干叠加的概念提出了波面上提出了波面上各子波源发出的次波是相干波各子波源发出的次波是相干波惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯 菲涅耳原理：菲涅耳原理：菲涅耳原理：菲涅耳原理：解决了光波衍射光强分布解决了光波衍射光强分布 t时刻时刻 波面上任一面元波面上任一面元ds在空

3、间在空间P点的振动点的振动惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯 菲涅耳原理的数学表达式菲涅耳原理的数学表达式菲涅耳原理的数学表达式菲涅耳原理的数学表达式A(Q)光强分布因子光强分布因子K()光强方向分布因子光强方向分布因子 C 常数常数波面波面波面波面S S在在在在P P点的振动点的振动点的振动点的振动3 3 衍射的分类衍射的分类衍射的分类衍射的分类观察衍射的方式不同观察衍射的方式不同菲涅耳衍射菲涅耳衍射 光源和光屏距障碍物为有限距离光源和光屏距障碍物为有限距离菲涅耳衍射菲涅耳衍射菲涅耳衍射菲涅耳衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射 光源和光

4、屏距障碍物为无限距离光源和光屏距障碍物为无限距离光源和光屏距障碍物为无限距离光源和光屏距障碍物为无限距离 根据惠更斯根据惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理 对衍射条纹进行定量分析对衍射条纹进行定量分析 用菲涅耳半波带法用菲涅耳半波带法 对条纹强度做定性分析对条纹强度做定性分析夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射中衍射条纹的强度夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射中衍射条纹的强度夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射中衍射条纹的强度夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射中衍射条纹的强度04 04 夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射1 1 单缝衍射原理单缝衍射原理单缝衍射原理单缝衍射原理 平行单色光入射狭缝平行单色光入射狭缝(

5、宽度宽度a)波面上各点发出柱面子波波面上各点发出柱面子波菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法 分析夫琅禾费单缝衍射分析夫琅禾费单缝衍射子波是相干光子波是相干光在焦平面上进行相干叠加在焦平面上进行相干叠加 不同方向传播的子波经透镜后不同方向传播的子波经透镜后会聚在焦平面上不同点会聚在焦平面上不同点 衍射角衍射角 一定一定,A点和点和B点发出的子波到点发出的子波到P点点将单缝上的波面分成宽度为将单缝上的波面分成宽度为 s的带的带2 2 衍射光强分布衍射光强分布衍射光强分布衍射光强分布 菲涅耳半波带菲涅耳半波带菲涅耳半波带菲涅耳半波带 相邻带上对应点发出光到相邻带上对应点发出光到P点的光程差点的光程差 s

6、s 半波带半波带半波带半波带 半波带平行于单缝半波带平行于单缝 ABAB两点到两点到两点到两点到P P点的光程差点的光程差点的光程差点的光程差半波带的数目半波带的数目半波带的数目半波带的数目N N为偶数为偶数为偶数为偶数 P P点的光强极小点的光强极小点的光强极小点的光强极小半波带的数目半波带的数目半波带的数目半波带的数目N N为奇数为奇数为奇数为奇数 P P点的光强最大点的光强最大点的光强最大点的光强最大N不是整数不是整数 光强介于最大和最小之间光强介于最大和最小之间 衍射角衍射角 方向上，方向上，P点光强取决单缝半波带的数目点光强取决单缝半波带的数目 3 3 衍射条纹特点衍射条纹特点衍射条纹特点衍射条纹特点因为因为半波带的数目半波带的数目衍射条纹位置衍射条纹位置 约定衍射角约定衍射角 在光轴上方取值为正，下方取值为负在光轴上方取值为正，下方取值为负 半波带的数目半波带的数目 在在 方向上方向上波面各点发出的子波到波面各点发出的子波到P0 点的光程相等点的光程相等 1)1)中央亮条纹中央亮条纹中央亮条纹中央亮条纹2)2)暗条纹暗条纹暗条纹暗条纹 N为偶数为偶数半波带的数目半波带的数目3)3)亮条纹亮条纹亮条纹亮条纹 N为奇数为奇数令令