14波动光学-衍射-非实验.ppt

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1、屏幕屏幕屏幕屏幕14-5 14-5 光的衍射光的衍射一、光的衍射现象一、光的衍射现象光遇到障碍物或小孔后光遇到障碍物或小孔后，偏离直线传播，且强偏离直线传播，且强 度随位置变化，在屏上出现明暗条纹的现象度随位置变化，在屏上出现明暗条纹的现象圆孔衍射圆孔衍射指缝衍射指缝衍射剃须刀片衍射剃须刀片衍射二、惠更斯二、惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理惠更斯原理：惠更斯原理：光波波阵面上的每一点，都可看作发射光波波阵面上的每一点，都可看作发射 子波的光源子波的光源菲涅耳在此基础上提出，菲涅耳在此基础上提出，从波阵面上各点发从波阵面上各点发 出的出的子波子波在空间相遇时，叠加产生在空间相遇时，叠加产生干涉干涉

2、所以在不同位置光强度不同，出现明、暗所以在不同位置光强度不同，出现明、暗 条纹条纹 衍射衍射三、夫琅禾费衍射三、夫琅禾费衍射入射光和衍射光都为平行光入射光和衍射光都为平行光衍射缝衍射缝屏幕屏幕一、实验装置一、实验装置14-6 14-6 单缝衍射单缝衍射屏幕屏幕S*二、明暗条件菲涅耳半波带法二、明暗条件菲涅耳半波带法设入射光波长为设入射光波长为 ，垂直照在宽，垂直照在宽 b 的缝上的缝上 在某一衍射角在某一衍射角 方向上，方向上，A、B 两点发出的子光波两点发出的子光波 在在 P 点光程差点光程差作一系列间距为作一系列间距为 ，平行，平行 AC 的平面，等分的平面，等分 BC22222222A1

3、A2A3这些平面将波阵面这些平面将波阵面 AB 分成分成等宽等宽的半波带的半波带 AA1、A1A22222A1A2A3相邻两波带上对应点发出的子波在相邻两波带上对应点发出的子波在 P 点光程差为点光程差为 干涉相消干涉相消2222A1A2A31、若波面刚好分成若波面刚好分成偶数偶数个半波带，即个半波带，即 长为长为 偶数偶数倍，则倍，则 P 点为暗纹点为暗纹2222A1A2A32、若波面刚好分成若波面刚好分成奇数奇数个半波带，即个半波带，即 长为长为 奇数奇数倍，则倍，则 P 点为明纹点为明纹2222A1A2A33、若波面不能分成整数个半波带，则若波面不能分成整数个半波带，则 P 点光点光 强

4、在明、暗之间强在明、暗之间明暗条件：明暗条件：暗纹暗纹明纹明纹通常通常 较小，较小，暗纹暗纹明纹明纹1、条纹光强分布、条纹光强分布三、讨论三、讨论从中央到两侧，随着衍射角从中央到两侧，随着衍射角 增大，明纹光增大，明纹光 强迅速下降强迅速下降2、明纹宽度、明纹宽度级暗纹之间为中央明纹级暗纹之间为中央明纹1 1级暗纹级暗纹-1-1级暗纹级暗纹中央明纹中央明纹角宽度角宽度线宽度线宽度1 级暗纹级暗纹2级暗纹级暗纹 k 级明纹在级明纹在 k 级和级和 k+1级暗纹之间级暗纹之间 k 级明纹角宽度级明纹角宽度线宽度线宽度3、波长、波长对衍射条纹的影响对衍射条纹的影响b 不变时，不变时，越大，对同一级次

5、越大，对同一级次 k 衍射角衍射角 越大越大 衍射条纹越宽衍射条纹越宽白光入射形成彩色条纹白光入射形成彩色条纹中央明纹宽度是其它各级明纹宽度的中央明纹宽度是其它各级明纹宽度的2倍倍14-8 14-8 衍射光栅衍射光栅一、光栅一、光栅b：缝宽度：缝宽度光栅：光栅：由大量等宽、等由大量等宽、等 间距的平行狭缝组成间距的平行狭缝组成 的光学元件的光学元件b：缝隙间不透光部分宽度：缝隙间不透光部分宽度光栅常数光栅常数单位长度狭缝条数单位长度狭缝条数PxOdf当平行单色光当平行单色光垂直垂直入射到光栅上入射到光栅上透过每一狭缝的光发生衍射透过每一狭缝的光发生衍射透过不同狭缝的同方向光还要发生干涉透过不同

6、狭缝的同方向光还要发生干涉明、暗条纹位置主要由干涉条件决定明、暗条纹位置主要由干涉条件决定PxOf二、光栅衍射条纹的形成二、光栅衍射条纹的形成在衍射角在衍射角 方向上，相邻两缝的光到达屏上方向上，相邻两缝的光到达屏上 P 点的光程差点的光程差1、光栅方程、光栅方程当衍射光满足条件：当衍射光满足条件：相邻两缝衍射光干涉加强，形成相邻两缝衍射光干涉加强，形成 明纹，又称明纹，又称主极大主极大光栅方程光栅方程光栅衍射图象：光栅衍射图象：黑暗背景上呈现一系列黑暗背景上呈现一系列 细锐的，位置由光栅方程决定的明条细锐的，位置由光栅方程决定的明条 纹（主极大）纹（主极大）白光入射白光入射例例 一光栅每厘米

7、内刻有一光栅每厘米内刻有5000条缝，入射光波长条缝，入射光波长 求：光垂直入射时，能看到哪几级明纹？求：光垂直入射时，能看到哪几级明纹？2、衍射条纹最大级次、衍射条纹最大级次取值范围在取值范围在 之间之间3、缺级、缺级若一衍射若一衍射方向方向 同时同时满足：满足：干涉极大条件干涉极大条件单缝衍射极小条件单缝衍射极小条件则在此方向上，则在此方向上，k 级明纹因受到单缝衍射光强级明纹因受到单缝衍射光强 为为 0 的影响，而不再出现，称为的影响，而不再出现，称为缺级缺级缺级的级次为缺级的级次为单单缝衍射缝衍射多多缝干涉缝干涉光光栅栅衍射衍射则缺级级次为则缺级级次为例如：例如：例例 波长为波长为700nm的单色光垂直入射在光栅上，的单色光垂直入射在光栅上，光栅常数光栅常数 d=310-4 cm，缝宽缝宽 b=10-4cm 求：（求：（1）最多能看到第几级明纹？）最多能看到第几级明纹？（2）哪些级出现缺级现象？）哪些级出现缺级现象？解解（1）最多可看到第最多可看到第 4 级明纹级明纹（2）缺级级次为缺级级次为时出现缺级时出现缺级实际出现级数为实际出现级数为-4,-2,-1,0,1,2,4 的的 7 条明纹条明纹且且