单缝的夫琅和费衍射.ppt

* §13-6 光的衍射 一、光的衍射现象 (diffraction of light) 2.衍射现象： 波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为衍射现象。 1.实验现象： 单缝K a b S 光源 (a) 屏幕E 屏幕E? 单缝K a? S 光源 (b) b? 二、 惠更斯-菲涅耳原理 1690年惠更斯提出惠更斯 原理，认为波前上的每一点 都可以看作是发出球面子波 的新的波源，这些子波的包 络面就是下一时刻的波前。 1818年，菲涅耳运用子波可以相干叠加的思 想对惠更斯原理作了补充。他认为从同一波 面上各点发出的子波，在传播到空间某一点 时，各个子波之间也可以相互叠加而产生干 涉现象。这就是惠更斯－菲涅耳原理。 1.惠更斯-菲涅耳原理 ?S p r n ? *2.惠更斯-菲涅耳原理的数学表达式 菲涅耳衍射积分公式： 对于点光源发出的球面波，初相位可取为零， 它说明子波不会向后退。 ?S p r n θ 倾斜因子F(θ): θ=0时, F(θ)=1 θ增加时, F(θ)减少 θ≥90°时, F(θ)=0 光源 障碍物 观察屏 光源 障碍物 观察屏 三、衍射的分类 1.菲涅耳衍射 2.夫琅禾费衍射 光源—障碍物—观察屏距离为有限远。 光源—障碍物—观察屏距离为无限远。 障碍物 观察屏 衍射系统一般由光源、衍射屏和观察屏组成的。 按它们相互距离的关系， 通常把光的衍射分为两 大类 四、干涉与衍射的本质 光的干涉与衍射一样，本质上都是光波相干叠加的结果 干涉是指有限个分立的光束的相干叠加， 衍射则是连续的无限个子波的相干叠加。 干涉强调的是不同光束相互影响而形成相长或相消的现象； 衍射强调的是光线偏离直线而进入阴影区域。 §13-7 单缝的夫琅禾费衍射 光源在透镜L1的物方焦平面 观察屏在L2象方焦平面 光强 一、单缝夫琅禾费衍射实验装置 1.实验装置 2.实验现象 明暗相间的平行于单缝的直条纹； 中央明纹明亮且较宽； 两侧对称分布着其它明纹。 二、菲涅耳半波带法解释单缝衍射 1.菲涅耳半波带 单缝 ① ② P B A 衍射角θ 缝宽a 单色光?正入射在单缝上 半波带的作法： A B θ a A,B两条平行光线之间的光程差δ=BC=asinθ. asin? C θ 作平行于AC的平面,使相 邻平面之间的距离等于入射光的半波长.（相位差?） 如图把AB波阵面分成AA1，A1A2，A2B波带. A1 A2 两相邻波带对应点发出的光线到达P点的相位差为?，光程差为?/2。 这样的波带就是菲涅耳半波带。 所以任何两个相邻波带所发出的光线在P点相互抵消. 当BC是?/2的偶数倍，所有波带成对抵消，P点暗， 当BC是?/2的奇数倍，所有波带成对抵消后剩下一个波带，P点明。 2.特点：将波面分成整数个波带，各波带面积 相等，相邻波带的相位差为 ，则： 暗纹条件 明纹条件 中央明纹条件 δ=asinθ=0 θ=0时, (主极大)(光强最大) (次极大) (光强小于主极大光强) asinθ=±k ? (k=1,2,3……） asinθ=±(2k +1)? /2 (k=1,2,3……） 暗纹 其余明纹中心 3.明暗条纹条件 4.条纹在观察屏上的位置 暗纹位置 其余明纹中心位置 单缝 中央明纹中心 中央明纹中心位置 x=0 θ=0 x=f tgθ≈ f sinθ 5.对其余衍射角θ的光线, 在接收屏上的位置均成亮条纹,只是亮度不同,光强远小于主极大和次极大的光强 asinθ=±k ? (k=1,2,3……） (k=1,2,3……） asinθ=±(2k +1)? /2 x=± (2k +1) f?/2a (k=1,2,3……） (k=1,2,3……） x=± k f?/a 中央明纹的线宽度： 中央明纹的半角宽为： 其余明纹的角宽度: 7.明纹宽度 6.对各级明条纹的光强, 单缝 即第一级暗纹对应的衍射角. 级次k越大,对应半波带的个数越多,未抵消光线的光强越弱,光强越小 =相邻两暗纹间距 中央明纹的角宽度： Δθ=2?/a ?/a 其余明纹的线宽度： f?/a θ≈ *