大学物理单缝衍射.ppt

* 同学们好！ 佛光，是“佛祖显灵”还是自然奇观？佛光曾出现在泰山、峨眉山、庐山等地，游客发现：在云雾漫漫的山中，当阳光普照时，突然就会出现一圈七彩光环，在光环中央能清晰地看到一个黑色的影子，有头有身，如同一尊“佛祖”正在打坐。有趣的是，游客的头摇一摇，“佛祖”的头也会跟着相应的变化，周围游客每个人看到的佛影的变化也都和自己的动作有关，而佛光里却始终只有一个佛影。 佛家认为，只有与佛有缘的人才能看到佛光，因为佛光是从佛的眉宇间放射出的救世之光，吉祥之光。真的是这样吗？ 其实佛光并不神秘，它只是一种特殊气候和地理环境下形成的光学现象。如何解释佛光的形成机理呢？我们一起寻找答案吧！ 第十三章 光的衍射 本章教学内容: 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理 单缝夫琅禾费衍射 光栅夫琅禾费衍射 X射线在晶体上的衍射 光学仪器的像分辨本领 基 本 要 求 第十三章 光的衍射 掌握单缝夫琅禾费衍射的分析方法（半波带法和振幅矢量叠加法）与条纹分布规律 2. 掌握光栅夫琅禾费衍射的分析方法与条纹分布规律 3. 了解X射线在晶体上的衍射 4. 理解圆孔衍射和光学仪器的像分辨本领 波的叠加原理 干涉现象 惠更斯-菲涅耳原理 衍射现象 二者关系？ 1. 衍射现象 光偏离直线传播路径进入几何阴影区，并形成光强非均匀稳定分布。 波遇到障碍物时，绕过障碍物进入几何阴影区。 一.惠更斯-菲涅耳原理 2.惠更斯-菲涅耳原理 成功：可解释衍射成因，用几何法作出新的波面，推导反射、折射定律 不足：不能定量说明衍射波的强度分布 1)惠更斯原理 波面上的每一点均为发射子波的波源，这些子波的包络面即新的波阵面 障碍物 入射波 衍射波 球 面 波 平 面 波 介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前. 惠更斯原理 O 2)菲涅耳原理 ? 对子波的振幅和相位作了定量描述 波面上各面元——子波源 r P S ? dS n ? 空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果 合振动： 衍射本质： 子波的相干叠加 有限个分立相干波叠加 —— 干涉 无限多个连续分布子波源相干叠加 —— 衍射 倾斜因子： 子波： 3. 衍射分类 菲涅耳衍射（近场衍射）： 夫琅和费衍射（远场衍射）: 波源 ———— 障碍物 ———— 屏 无限远 无限远 即平行光衍射 信息光学（现代光学分支） （或二者之一有限远） 波源 ———— 障碍物 ———— 屏 距离 有限 距离 有限 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 在实验中实现 夫琅禾费衍射 菲 涅 尔 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 二. 单缝夫琅和费衍射 1. 装置： 缝宽a: 其上每一点均为子波源，发出衍射光 衍射光线与波面法线夹角 小录象 中央明纹中心 P处光强可由菲涅耳公式计算 介绍确定P光强的两种简便方法 2. 半波带法（半定量方法） 衍射角为? 的一束平行光线的最大光程差： B a x f ? P A 对应的单缝a被分为 n个半波带 . A1 ? 2 . . . . . . A3 A2 . . C ? : B a f P0 A ? = 0, n = 0 B a x f ? P A . . C ? . A1 ? 2 . . . . . . A3 A2 n = 偶数 B a x f ? P A . . C ? . A1 ? 2 . . . . A2 n = 奇数 对应中央明纹中心 n为偶数： 对应屏上暗纹中心 n为奇数: 对应屏上明纹中心 对应非明、暗纹中心的其余位置 整数： 明暗纹条件： 中央明纹中心 各级明纹中心 暗纹 注意： I sin? 0 2k个半波带 2k＋1个半波带 P 练习1：在单缝夫琅和费衍射示意图中，所画出的各条正入射光线间距相等，那么光线1与3在屏幕上P点上相遇时的位相差为 ，P点应为 点。 解：1)由图可知最大光程差asin?=2?，于是单缝波阵面可分为4个半波带，1与3光程差为? ，在P点相遇时相位差为0 rad； 2)偶数个半波带（4个）的光线到屏上两两抵消，故P点为暗点。 双缝干涉中 暗 明 单缝衍射中 明 暗 ①二者明暗纹条件是否相互矛盾? 讨论 不矛盾！单缝衍射Δ不是两相干光线的光程差，而是衍射角为? 的一束光线的最大光程差。 中央明纹 一级明纹 二级明纹 一级暗纹 二级暗纹 三级暗纹 ②单缝衍射明暗纹条件中K值为什么不能取零？ 暗纹公式中 为中央明纹中心，不是暗纹 明纹公式中 仍在中央明纹区内 不是明纹中心 ③条纹角宽度 中央明纹中心 暗纹