《大學(xué)物理》課件 34光的衍射

光的衍射現(xiàn)象單縫、圓孔衍射衍射光柵光的衍射}第34講第35講一、光的衍射現(xiàn)象二、菲涅耳-惠更斯原理三、菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射第34講光的衍射四、單縫夫瑯禾費(fèi)衍射五、圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射六、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)七、干涉和衍射的區(qū)別本講主要內(nèi)容：狹縫觀察屏衍射現(xiàn)象光的衍射發(fā)生的條件:縫寬a～波長λ.S光源透鏡透鏡縫寬由窄變寬時(shí)，衍射條紋變化縫寬大約十分之幾毫米一、光的衍射現(xiàn)象Tryit!肉眼也能看到光的衍射現(xiàn)象！亮度光的衍射現(xiàn)象:光能繞過障礙物的邊緣傳播。而且衍射后能形成具有明暗相間的衍射圖樣。中央明紋最亮,兩側(cè)顯著遞減。單縫夫瑯禾費(fèi)衍射圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射長方孔夫瑯禾費(fèi)衍射矩形孔夫瑯禾費(fèi)衍射菲涅耳的補(bǔ)充假設(shè)—子波的干涉惠更斯原理:在波的傳播過程中,波陣面(波前)上的每一點(diǎn)都可看作是發(fā)射子波的波源,在其后的任一時(shí)刻,這些子波的包跡就成為新的波陣面。思考：衍射條紋與干涉條紋的相像之處？在波的傳播過程中,從同一波陣面上的各點(diǎn)發(fā)出的子波，經(jīng)傳播在空間某點(diǎn)相遇時(shí)，這些次級(jí)子波要相干疊加，這一點(diǎn)的振動(dòng)即是相干疊加的結(jié)果。回憶：二、菲涅耳-惠更斯原理S菲涅耳衍射夫瑯禾費(fèi)衍射光源—障礙物—接收屏距離為有限遠(yuǎn)。光源—障礙物—接收屏距離為無限遠(yuǎn)。衍射按光源、衍射屏和觀察屏三者的位置關(guān)系分為兩類：三、菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射SEAKB單縫夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)裝置aP狹縫橫置把狹縫放大了!考慮屏上一點(diǎn)P的相干疊加情況衍射角注意要換一下腦筋：現(xiàn)在是一束光！四、單縫夫瑯禾費(fèi)衍射asinaBA1.先考慮邊緣兩支光線邊緣兩支光線的光程差A(yù)CCθC12.設(shè)AC1=C1C,將波面分為兩個(gè)縱長形的波帶3.再設(shè)AC1=C1C=λ/2P干涉相消4.兩個(gè)半波帶對(duì)應(yīng)點(diǎn)發(fā)出的光在P點(diǎn)的光程差都為半個(gè)波長,——?jiǎng)t在P點(diǎn)合成結(jié)果相互抵消。結(jié)論：P點(diǎn)為暗紋BACaP兩個(gè)半波帶發(fā)出的子波傳播到P1點(diǎn)干涉的結(jié)果相消，剩下一個(gè)半波帶發(fā)的子波在P1點(diǎn)疊加，

所以P點(diǎn)顯出亮紋，但不是很亮！asin=/2aBACθP干涉相消暗紋明紋思考1：對(duì)應(yīng)的是明紋還是暗紋？沒有完全抵消，所以是亮紋，但不是亮的中心。思考2：對(duì)應(yīng)衍射角為零的各子波相干情況如何？各子波衍射光程差為零——P點(diǎn)為中央亮紋asinaBACaBA半波帶數(shù)：457aaa結(jié)論：單縫夫瑯禾費(fèi)衍射明暗條件為特別注意：與干涉明暗紋的條件正好相反?。≈皇沁吘墐芍Ч饩€的光程差（最大光程差）單縫夫瑯禾費(fèi)衍射明暗條件為1)中央明條紋的半角寬度即第一暗紋的衍射角。當(dāng)很小時(shí),中央明條紋的半角寬度中央明紋的中心

θ=0討論2)

其它明條紋的寬度為中央明紋寬度的一半，角寬度3)明條紋的線寬度中央明條紋(當(dāng)很小時(shí))縫越窄，衍射條紋寬度越大，衍射越明顯！——衍射反比律4）明條紋的亮度:中央明紋最亮,兩側(cè)顯著遞減。5)條紋的位置與波長有關(guān),可知復(fù)色光明紋會(huì)顯示色散,形成衍射光譜,內(nèi)側(cè)紫,外側(cè)紅.亮度1.狹縫在原平面內(nèi)平行移動(dòng),屏上條紋分布如何？思考：2.若光線斜入射，則屏上條紋如何？（在光柵中用到，請(qǐng)記?。。㏄衍射角衍射圖象不變！留一思考：若光源在原平面內(nèi)上下平行移動(dòng)，在雙縫實(shí)驗(yàn)中干涉條紋如何變化？例1:單色平行光斜射到寬為a的單縫,求各級(jí)暗紋的衍射角.解:如圖ABCD光束中的最大光程差k=1,2,3,...得AC、BD分別為入射、反射光的波面1f2r圖樣,愛里斑與單縫夫瑯禾費(fèi)衍射唯一的不同是衍射物不同。五、圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射愛里斑的角半徑很明顯,當(dāng)d>>時(shí),衍射現(xiàn)象可忽略理論計(jì)算可得第一級(jí)暗紋的衍射角1滿足式中r和D分別為圓孔的半徑和直徑不能分辨恰能分辨能分辨兩個(gè)點(diǎn)光源通過衍射孔成像形成衍射斑：瑞利準(zhǔn)則：一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖樣的主極大正好與另一點(diǎn)光源的第一極小剛好重合時(shí)，這兩個(gè)點(diǎn)光源恰好能被光學(xué)儀器分辨。六、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)為最小分辨角的倒數(shù)兩物點(diǎn)對(duì)衍射中心所張的角度正好等于愛里斑的半角寬時(shí)為最小分辨角S1S21哈勃太空望遠(yuǎn)鏡電子顯微鏡例:在通常明亮環(huán)境,人眼瞳孔直徑約3mm,問人眼最小分辨角多大?紗窗鐵絲間距約2mm,人距窗口多遠(yuǎn)恰可分辨清楚?解:以視覺感受最靈敏的黃綠光討論,=550nm.設(shè)人與紗窗距離為S,用L表示鐵絲間距,則視角=L/S沒有本質(zhì)的區(qū)別！習(xí)慣上說，干涉是指那些有限多的分立的光束的相干疊加；衍射是指那些波陣面上的無窮多的連續(xù)的子波的相干疊加；兩者常常出現(xiàn)在同一現(xiàn)象中！光柵衍射既為多光束干涉與單縫衍射的綜合效果七、干涉和衍射的區(qū)別總結(jié):一、衍射現(xiàn)象如何解釋衍射現(xiàn)象——子波干涉的結(jié)果單縫夫瑯禾費(fèi)衍射明暗條件為（方法菲涅