专题四光的衍射精.ppt

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1、专题四光的衍射1第1页，本讲稿共19页二.分析衍射问题的基本思路与方法2、光栅衍射光栅衍射实际上是多缝干涉光栅衍射实际上是多缝干涉和单缝衍射的总效果和单缝衍射的总效果先先考虑多缝干涉考虑多缝干涉，给出，给出主机大主机大和和暗纹暗纹的分布规律的分布规律主极大的光强主极大的光强分布规律及缺级分布规律及缺级再考虑单峰衍射给出再考虑单峰衍射给出第2页，本讲稿共19页三 单缝衍射、双缝干涉、光栅衍射主要特征的比较类型单缝衍射双缝干涉光栅衍射光程差三种情况下光程差的表达式类似，但物理含义不同，不要混淆明暗纹位置条纹特点与光栅透光方向平行的、分布于宽广暗区上的细窄明亮的条纹一系列平行于双缝的等间距、等宽度的

2、条纹平行单缝的明暗相间直条纹，条纹关于中央明条纹对称分布,中央明纹的宽度是其它明纹宽度的两倍，中央明纹的亮度远远大于其它明纹的亮度第3页，本讲稿共19页共同点：共同点：光的相干叠加的结果光的相干叠加的结果不同点：不同点：干涉是由有限干涉是由有限多的（多的（分立分立）光束的相干叠加光束的相干叠加衍射是由波阵面上衍射是由波阵面上（连续的连续的）无无穷多穷多子波源发出的子波源发出的光光波相波相干叠加的结果干叠加的结果杨氏双缝干涉是每个缝发出的杨氏双缝干涉是每个缝发出的光的衍射和两个缝发出的光的光的衍射和两个缝发出的光的干涉的效果综合干涉的效果综合4.6.1 课堂讨论1.光的干涉与衍射有什么区别和联系

3、？第4页，本讲稿共19页2.夫琅禾费衍射的特点是什么？双缝干涉明纹条件与单缝衍射暗纹条件的形式相似，但分别代表明纹和暗纹的中心，为什么？干涉相长（干涉相长（明纹明纹）的条件）的条件干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹）的条件）的条件（1）特点：）特点：障碍物与光源和观察屏障碍物与光源和观察屏的距离是无限远的距离是无限远E1LSG2L（2）第5页，本讲稿共19页意味着：单缝波阵面意味着：单缝波阵面AB为被分成偶数个半波带为被分成偶数个半波带一对对相邻的半波带发出的光都分别在一对对相邻的半波带发出的光都分别在P点相互抵消，点相互抵消，所以合振幅为零，则所以合振幅为零，则P点应是暗条纹中心。点应是暗条纹中心

4、。最后还剩一个半波带发出的光到达最后还剩一个半波带发出的光到达P点，点，因此因此P点应是明条纹中心点应是明条纹中心第6页，本讲稿共19页3、为什么用单色光做单缝衍射实验时，当缝的宽度a比光的波长 大很多（）或比波长 小（）时都观察不到衍射条纹？试求缝宽分别为0.5个波长、1个波长、5个波长、100个波长情况下，中央明纹的半角宽度。解：解：越小，对于同一级次 ，越大，条纹分布越远，衍射现象越明显。越大，对于同一级次 ，越小，条纹向中央明纹集中，衍射现象越不明显。中央明纹半角宽度：中央明纹半角宽度：不可能。不可能。不发生衍射不发生衍射第7页，本讲稿共19页4、下图为夫琅和费双缝衍射实验示意图，为线

5、光源，为 衍射缝，缝长方向均垂直于纸面。已知双缝 与 的间距为 ，缝宽均为 ，为薄透镜，试分析在下列几种情况下，屏上衍射图样的变化情况：（1）增大，不变（2）不变，增大（3）双缝在其所在平面内沿与缝长垂直方向平移。解：解：I0主极大主极大单缝衍射暗纹单缝衍射暗纹第8页，本讲稿共19页解：I0主极大单缝衍射暗纹如果如果 d 增大增大,则则 k 增大，意味着条纹级数增大，意味着条纹级数增多，条纹数目增加；增多，条纹数目增加；对同一级数对同一级数 k,d 增大增大,则则sin减小，意味着减小，意味着条纹向中央明纹集中，条纹变密。条纹向中央明纹集中，条纹变密。多光束干涉的结果要受单缝衍射的调制。多光束

6、干涉的结果要受单缝衍射的调制。如果如果a增大，则包络线范围变窄。增大，则包络线范围变窄。如果如果a减小，则包络线范围变宽。减小，则包络线范围变宽。（1）增大，不变：条纹变密，条纹变密，“可视可视”范围不变。范围不变。（2）不变，增大：条纹间距不变，条纹间距不变，“可视可视”范围减小。范围减小。（3）双缝在其所在平面内沿与缝长垂直方向平移：）双缝在其所在平面内沿与缝长垂直方向平移：条纹不变。条纹不变。第9页，本讲稿共19页5、如如图图a、b、c、d所所示示为为多多缝缝衍衍射射的的光光强强分分布布曲曲线线（横横坐坐标标为为衍射角的正弦衍射角的正弦 ，纵坐标为光强）。试回答：，纵坐标为光强）。试回答

7、：（1）各图表示几缝衍射的图样，并说明理由。（2）试在图上以 （或 ）为单位标出横坐标的分度值。（3）画出 c 图中0级与1级主极大间各暗纹对应的振幅矢量图。图cI0解：解：第10页，本讲稿共19页图bI0图dI0图aI0第11页，本讲稿共19页图cI0（3）画出 c 图中0级与1级主极大间各暗纹对应的振幅矢量图。主极大的产生，是主极大的产生，是4条光束干涉的结果。条光束干涉的结果。主极大条件：主极大条件：暗纹条件：暗纹条件：0级与级与1级主极大间各暗纹：级主极大间各暗纹：相邻两缝间光程差：第12页，本讲稿共19页11、在单缝夫琅和费衍射中，入射光有两种波长在单缝夫琅和费衍射中，入射光有两种波

8、长 ，缝宽，缝宽 ，透镜焦距，透镜焦距 f=50cm，求两种，求两种光的第一级衍射明纹的中心间距。若用光栅代替单缝，光栅常数光的第一级衍射明纹的中心间距。若用光栅代替单缝，光栅常数d=0.01cm，其它条件相同，求两种光的第一级主极大之间的距离。，其它条件相同，求两种光的第一级主极大之间的距离。解：解：明纹：明纹：第一级衍射明纹：第一级衍射明纹：第一级衍射明纹位置：第一级衍射明纹位置：第13页，本讲稿共19页用光栅代替单缝：11、在单缝夫琅和费衍射中，入射光有两种波长在单缝夫琅和费衍射中，入射光有两种波长 ，缝宽，缝宽 ，透镜焦距，透镜焦距 f=50cm，求两种，求两种光的第一级衍射明纹的中心

9、间距。若用光栅代替单缝，光栅常数光的第一级衍射明纹的中心间距。若用光栅代替单缝，光栅常数d=0.01cm，其它条件相同，求两种光的第一级主极大之间的距离。，其它条件相同，求两种光的第一级主极大之间的距离。解：主极大主极大：第一级第一级主极大主极大：第一级第一级主极大主极大位置：位置：第14页，本讲稿共19页12.波长 的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为 ，且第三级缺级。求：（1）光栅常数a+b等于多少？（2）透光缝可能宽度和最小宽度分别是多少？（3）若缝宽取最小宽度，求衍射角在 范围内可能观 察到的全部主极大的级次解：（1）（2）最小宽度最小宽度第15页，本讲稿共19页（3

10、）代入 ，能看到能看到0，第16页，本讲稿共19页解：解：（1）第）第10级明纹中心的位置级明纹中心的位置两条第两条第10级明纹中心之距级明纹中心之距2 x10=11cm；（2）玻璃片覆盖一缝后，中央明纹处，两缝光程差）玻璃片覆盖一缝后，中央明纹处，两缝光程差（r-e+ne）r=（n1）e=（1581）6610-6=k即中央明条纹处将被第即中央明条纹处将被第7级级明纹代替，明纹代替，零级明纹将移到原来的第零级明纹将移到原来的第级明纹处级明纹处。例例1、在双缝干涉实验中，波长在双缝干涉实验中，波长=5500的平行光垂直入射到的平行光垂直入射到缝间距缝间距d=210-4m的双缝上的双缝上，屏到双缝

11、的距离，屏到双缝的距离D=2m。求。求：（1）中央明纹两侧的两条第）中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距。级明纹中心的间距。（2）用）用一厚度为一厚度为e=6610-6m、折射率为、折射率为n=158的玻璃片覆盖一缝后，的玻璃片覆盖一缝后，零级明纹将移到原来的第几级明纹处？零级明纹将移到原来的第几级明纹处？第17页，本讲稿共19页空气空气nSABCd例例2如图所示，由光源如图所示，由光源S发出的发出的=600nm的单色光的单色光，自空气射入折，自空气射入折射率射率n=123的一层透明物质的一层透明物质，再，再射入空气射入空气。若透明物质的厚度为。若透明物质的厚度为d=10cm，入射角，入射角=300，且，且SA=BC=50cm，求求：（1）折射角折射角1为多少？为多少？（2）此单色光在这层透明物质里的频率、速度和波长各为多少？（3）S 到 C 的几何路程为多少？光程又为多少？解：（1）由折射定律可得折射角第18页，本讲稿共19页（2）此单色光在透明介质中的速度波长频率（3）S到到C的几何路程为的几何路程为=0111mS到到C的光程为的光程为=0114m第19页，本讲稿共19页