2夫瑯與費(fèi)單縫衍射ppt課件

1、第二章第二章 光的衍射習(xí)題課光的衍射習(xí)題課教學(xué)目的：教學(xué)目的： 1.1.理解惠更斯菲涅耳原理和衍射積分公式的理解惠更斯菲涅耳原理和衍射積分公式的意義、意義、推論及其物理本質(zhì)。推論及其物理本質(zhì)。2.2.掌握夫瑯和費(fèi)單縫衍射和光柵衍射光強(qiáng)分布公式掌握夫瑯和費(fèi)單縫衍射和光柵衍射光強(qiáng)分布公式的解析推導(dǎo)方法和光強(qiáng)分布規(guī)律，應(yīng)用上述規(guī)律的解析推導(dǎo)方法和光強(qiáng)分布規(guī)律，應(yīng)用上述規(guī)律 解釋現(xiàn)象并進(jìn)行必要的計(jì)算。解釋現(xiàn)象并進(jìn)行必要的計(jì)算。 3.3.理解衍射反比律的物理本質(zhì)。理解衍射反比律的物理本質(zhì)。 4.4.理解單縫方程、光柵方程的物理意義。理解單縫方程、光柵方程的物理意義。 5.5.了解夫瑯和費(fèi)圓孔衍射光強(qiáng)分布

2、規(guī)律，掌握愛里斑的性質(zhì)。了解夫瑯和費(fèi)圓孔衍射光強(qiáng)分布規(guī)律，掌握愛里斑的性質(zhì)。 6.6.掌握與衍射有關(guān)的基本概念如：譜線、半角寬度、缺級(jí)、掌握與衍射有關(guān)的基本概念如：譜線、半角寬度、缺級(jí)、 愛里斑、半波帶、波帶片愛里斑、半波帶、波帶片）。）。重重 點(diǎn)：點(diǎn)： 1.1.半波帶理論。半波帶理論。 2.2.夫瑯和費(fèi)單縫衍射。夫瑯和費(fèi)單縫衍射。 3.3.光柵衍射。光柵衍射。 難難 點(diǎn)：點(diǎn)： 1.1.單縫衍射光強(qiáng)分布的推導(dǎo)。單縫衍射光強(qiáng)分布的推導(dǎo)。 2.2.光柵衍射的條紋分布規(guī)律。光柵衍射的條紋分布規(guī)律。 一、夫瑯和費(fèi)單縫衍射bsPOfx最大光程差為：sinxbb tgbf中央明紋的寬度：2fxb 條紋形狀

3、： 明暗相間、不等間距、直條紋（中央明紋是其它各級(jí)明紋寬度的兩倍）縫寬對(duì)衍射條紋的影響：bsPOfxbOfx縫寬對(duì)衍射條紋的影響：bOfx縫寬對(duì)衍射條紋的影響：bOfx縫寬對(duì)衍射條紋的影響：中央明紋的寬度：2fxb 1xb光波波長(zhǎng)對(duì)衍射條紋的影響：bsPOfx光波波長(zhǎng)對(duì)衍射條紋的影響：bsPOfx光波波長(zhǎng)對(duì)衍射條紋的影響：bsPOfx光波波長(zhǎng)對(duì)衍射條紋的影響：bsPOfxx中央明紋的寬度：2fxb 1. 一束平行單色光垂直入射在光柵上，衍射光譜一束平行單色光垂直入射在光柵上，衍射光譜中共出現(xiàn)中共出現(xiàn) 5條明紋，若已知此光柵縫寬度與不透明條明紋，若已知此光柵縫寬度與不透明部分寬度相等，那么在中央

4、明紋一側(cè)的兩條明紋分部分寬度相等，那么在中央明紋一側(cè)的兩條明紋分別是第別是第 級(jí)和第級(jí)和第 級(jí)譜線？級(jí)譜線？2. 在單縫夫瑯和費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，將單縫沿垂直于光在單縫夫瑯和費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，將單縫沿垂直于光的入射方向稍微平移，那么的入射方向稍微平移，那么（A衍射條紋移動(dòng)，條紋寬度不變；衍射條紋移動(dòng)，條紋寬度不變；（B衍射條紋移動(dòng)，條紋寬度變動(dòng)；衍射條紋移動(dòng)，條紋寬度變動(dòng)；（C衍射條紋中心不動(dòng)，條紋變寬或變窄）；衍射條紋中心不動(dòng)，條紋變寬或變窄）；（D衍射條紋不動(dòng)，條紋寬度不變。衍射條紋不動(dòng)，條紋寬度不變。 D 1 , 3 一、選擇與填空一、選擇與填空3. 在光柵衍射中，若保持光柵常數(shù)不變，而使每縫在光

5、柵衍射中，若保持光柵常數(shù)不變，而使每縫的寬度略微縮小，那么的寬度略微縮小，那么（A單縫衍射的中央明紋區(qū)變寬，其中所包含的單縫衍射的中央明紋區(qū)變寬，其中所包含的主極大數(shù)目減少；主極大數(shù)目減少；（B單縫衍射的中央明紋區(qū)變窄，其中所包含的單縫衍射的中央明紋區(qū)變窄，其中所包含的主極大數(shù)目減少；主極大數(shù)目減少；（C單縫衍射的中央明紋區(qū)變寬，其中所包含的單縫衍射的中央明紋區(qū)變寬，其中所包含的主極大數(shù)目增多；主極大數(shù)目增多；（D單縫衍射的中央明紋區(qū)變窄，其中所包含的單縫衍射的中央明紋區(qū)變窄，其中所包含的主極大數(shù)目增多；主極大數(shù)目增多； C 4. 在夫瑯和費(fèi)單縫衍射中，若縫寬增大一倍，則原在夫瑯和費(fèi)單縫衍射中

6、，若縫寬增大一倍，則原來(lái)第二級(jí)明紋處將是第來(lái)第二級(jí)明紋處將是第_級(jí)條紋？級(jí)條紋？解解： 二級(jí)明紋滿足二級(jí)明紋滿足 252)1k2(sina2增大縫寬增大縫寬:呈現(xiàn)為第五級(jí)暗紋呈現(xiàn)為第五級(jí)暗紋. 5sina2sina22解解：由題意知：光柵必滿足：由題意知：光柵必滿足dkdksin2211 取取 k1= 2，可得光柵常數(shù)最小值，可得光柵常數(shù)最小值即即2211kk 6/43/2/k/k1221m92.3sinkd11min 5. (3736)以氦放電管發(fā)出的光垂直照射在某光柵上，以氦放電管發(fā)出的光垂直照射在某光柵上，測(cè)得波長(zhǎng)測(cè)得波長(zhǎng) 0.668 m的譜線的衍射角為的譜線的衍射角為 =20，如，如果

7、同樣果同樣 角處出現(xiàn)角處出現(xiàn) =0.447 m的更高級(jí)次的譜線，那的更高級(jí)次的譜線，那么該光柵常數(shù)最小是多少？么該光柵常數(shù)最小是多少？ 1 2 6. 波長(zhǎng)波長(zhǎng) =500nm的單色平行光垂直照射在平面的單色平行光垂直照射在平面光柵上，已知光柵常數(shù)光柵上，已知光柵常數(shù) ，縫寬，縫寬透鏡焦距透鏡焦距 f=1m，試求：（，試求：（1單縫衍射中央明紋寬度；單縫衍射中央明紋寬度；（2在該寬度內(nèi)有幾個(gè)光柵衍射主極大；（在該寬度內(nèi)有幾個(gè)光柵衍射主極大；（3總共可總共可看到多少條譜線；（看到多少條譜線；（4若以若以30 角斜入射，衍射光譜角斜入射，衍射光譜的的最高級(jí)次和可看到的光譜線總數(shù)。最高級(jí)次和可看到的光譜

8、線總數(shù)。 m0 . 1a m0 . 3d 解解：（：（1）10tgf2x 301 對(duì)于第一衍射極?。簩?duì)于第一衍射極?。?10 . 15 . 0asin1 留意：留意： 此時(shí)此時(shí)11sintg cm116tgf2x10 于是于是（2由缺級(jí)條件由缺級(jí)條件3adk 因而光柵衍射的第三級(jí)主極大消失。因而光柵衍射的第三級(jí)主極大消失。 在單縫衍射中央明紋寬度內(nèi)有五個(gè)光柵在單縫衍射中央明紋寬度內(nèi)有五個(gè)光柵衍射的主極大，衍射的主極大，.2,1,0 （3最高級(jí)次最高級(jí)次65 . 00 . 390sindkmax （4）. 斜入射斜入射 30 9)130(sindkmax 3)130(sindkmax 在在 方向

9、：方向：2 在在 方向：方向：2 故，可看到的光譜級(jí)數(shù)為故，可看到的光譜級(jí)數(shù)為 ：8,7,5,4,2,1,0,1,2 共八條。共八條。7.用每毫米有用每毫米有300條刻痕的衍射光柵來(lái)檢驗(yàn)條刻痕的衍射光柵來(lái)檢驗(yàn)僅含有屬于紅和藍(lán)的兩種單色成分的光譜僅含有屬于紅和藍(lán)的兩種單色成分的光譜。已知紅譜線波長(zhǎng)。已知紅譜線波長(zhǎng) R 在在0.630.76m 范圍內(nèi)，藍(lán)譜線波長(zhǎng)范圍內(nèi)，藍(lán)譜線波長(zhǎng) B 在在0.430.49 m 范圍內(nèi)。當(dāng)光垂直入射到光柵時(shí)，發(fā)范圍內(nèi)。當(dāng)光垂直入射到光柵時(shí)，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)在24.46 角度處，紅藍(lán)兩譜線同時(shí)出現(xiàn)角度處，紅藍(lán)兩譜線同時(shí)出現(xiàn)。(1)在什么角度下紅藍(lán)兩譜線再次同時(shí)出現(xiàn)？(2)在什

10、么角度下只有紅譜線出現(xiàn)？解：解：m33. 3mm3001ba ksinba (1) km38. 146.24sinbam;76. 063. 0 R 對(duì)于紅光，對(duì)于紅光，m69. 0 2kR1 對(duì)于藍(lán)光，對(duì)于藍(lán)光，m46. 0 3kB2 m49. 043. 0 B 同時(shí)出現(xiàn)的條件滿足：同時(shí)出現(xiàn)的條件滿足： B2R1kk 紅光的第紅光的第 4 級(jí)與藍(lán)光的第級(jí)與藍(lán)光的第 6 級(jí)還會(huì)級(jí)還會(huì)重合，重合處的衍射角為重合，重合處的衍射角為 828. 0ba4sinR 9 .55 紅光最大級(jí)次紅光最大級(jí)次 8 . 4bakRmax 取取4kmax ( 2 ) 紅光的第二、四級(jí)與藍(lán)光重合，且最紅光的第二、四級(jí)與

11、藍(lán)光重合，且最多只能看到四級(jí)，所以純紅光譜的第一、多只能看到四級(jí)，所以純紅光譜的第一、三級(jí)將出現(xiàn)三級(jí)將出現(xiàn).9 .11 207. 0basin1R1 4 .38 621. 0ba3sin3R3 1、在夫瑯和費(fèi)單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，若入射光波長(zhǎng)變大 同時(shí)單縫變寬，則中央明紋的寬度：正確答案：（D ）（A變大；（B變??；（C不變；（D不能確定。2、在夫瑯和費(fèi)單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，若將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置 浸入折射率為n的水中，則中央明紋的寬度：正確答案：（B ）（A變大；（B變??；（C不變；（D不能確定。最大光程差為：sinxnbnb tgnbf中央明紋的寬度：2fxnb 中央明紋寬度變小3、在夫瑯和費(fèi)單縫衍射實(shí)驗(yàn)中

12、，若第二級(jí)明紋對(duì)應(yīng) 的衍射角為10，則第一級(jí)暗紋的衍射角為：正確答案：（C ）（A12；（B15；（C24；（D30。單縫衍射明紋條件：sin(21)2bk單縫衍射暗紋條件：sinbk25sinsin246052524、波長(zhǎng)為1與2的兩束光垂直照射在單縫上，假設(shè)1的 第一級(jí)暗紋恰與2的第一級(jí)明紋位置重合則1 /2 ：正確答案：（D ）（A1/2；（B2/1；（C2/3；（D3/2。單縫衍射明紋條件：sin(21)2bk單縫衍射暗紋條件：sinbk212212/3/215、在夫瑯和費(fèi)單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，屏上第三 級(jí)暗紋對(duì)應(yīng)的單縫處的波振面可劃分為 個(gè)半波帶。若將縫寬縮小一 半，原來(lái)第三級(jí)暗紋處將是

13、紋。6明二、衍射光柵asPOfx光柵公式：kbasin)(中央為零級(jí)k=0)明紋條紋形狀： 明暗相間、不等間距、直條紋明紋 k=0,1,2.1、在白光入射到衍射光柵上，則偏離中央明 紋最遠(yuǎn)的是：（A紅光；（B黃光；（C藍(lán)光；（D紫光；正確答案： （A）2、在白光入射到衍射光柵上，則中央明紋的 顏色是：（A紅光；（B黃光；（C白光；（D紫光；正確答案： （C）3、波長(zhǎng)為的單色平行光垂直入射到光柵上， 對(duì)應(yīng)第二級(jí)明紋，由第一條狹縫與第三條 狹縫射出的光之間的光程差為：（A）；（B） 2 ；（C） 3 ；（D） 4 ；正確答案： （D）4、在一衍射光柵中，不透光部分的寬度為透 光部分寬度的2倍，則產(chǎn)

14、生缺級(jí)現(xiàn)象的級(jí) 次為：（A1，3，5，.；（B） 2，4，6，. ；（C3，6，9，. ；（D） 4，8，12，. ；正確答案： （C）衍射光柵的缺級(jí)現(xiàn)象：同時(shí)滿足：kbasin)(sinbk明紋暗紋當(dāng)b=2a時(shí)k=3k故缺3，6，9，.級(jí)5、在一衍射光柵中，不透光部分的寬度與透 光部分寬度相等，則在單縫衍射的中央明 紋條數(shù)為：（A3；（B） 5 ；（C1 ；（D） 4 ；正確答案： （3）思思 考考 題題 1.1.用匯聚球面波照明圓孔，用匯聚球面波照明圓孔，P P為匯聚球面波頂點(diǎn)，為匯聚球面波頂點(diǎn)，問在問在P P處的觀察屏上得到的是哪類衍射？處的觀察屏上得到的是哪類衍射？2.2.惠更斯惠更斯菲涅耳原理引入菲涅耳原理引入的子波為何不能看作是的子波為何不能看作是真實(shí)的光源？真實(shí)的光源？3.3.菲涅耳圓孔衍射露出一個(gè)菲涅耳圓孔衍射露出一個(gè)波帶時(shí)波帶時(shí)0IIP自由傳播時(shí)自由傳播時(shí) 041IIP問自由傳播把問自由傳播把 043I遺失到哪里了？總能量還守衡嗎？遺失到哪里了？總能量還守衡嗎？ 4.4.試舉兩個(gè)常見的較形象的衍射實(shí)例？試舉兩個(gè)常見的較形象的衍射實(shí)例？ 5.5.單縫夫瑯和費(fèi)衍射裝置中，單縫夫瑯和費(fèi)衍射裝置中，a a將點(diǎn)源向下平移，將點(diǎn)源向下平移， b b將單縫繞光傳方向旋轉(zhuǎn)一小角度，將單縫繞光傳方向旋轉(zhuǎn)一小角度，c c增大縫寬