高二物理競(jìng)賽光的衍射課件

一、光的衍射1.定義:光在傳播過程中能繞過障礙物的邊緣而偏離直線傳播的現(xiàn)象2.現(xiàn)象:近場(chǎng)衍射屏幕小孔點(diǎn)光源第11章光的衍射（Diffractionoflight）§11.1單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射狹縫中觀察日光燈屏幕

光源和屏幕均與衍射屏的距離為無窮遠(yuǎn)(通過透鏡實(shí)現(xiàn))的衍射——夫瑯和費(fèi)衍射（遠(yuǎn)場(chǎng)衍射）——易于準(zhǔn)確計(jì)算狹縫透鏡點(diǎn)光源透鏡遠(yuǎn)場(chǎng)衍射觀察屏二、惠更斯——菲涅耳原理波傳到的任何一點(diǎn)都是子波的波源，各子波在空間某點(diǎn)的相干疊加，就決定了該點(diǎn)波的強(qiáng)度。三、夫瑯禾費(fèi)衍射裝置*單色光源S

ff

·P縫平面0δ(縫寬):衍射角透鏡L透鏡LaAB

A→P和B→P的光程差q角相同的衍射光將會(huì)聚于屏上同一點(diǎn)

P.P點(diǎn)的明暗，完全取決于此光程差d

的值。四、半波帶法

當(dāng)時(shí)，可將縫分為兩個(gè)“半波帶”

A→P和B→P的光程差aθ1′2BA半波帶半波帶12′兩個(gè)“半波帶”上發(fā)的光在P處干涉相消形成暗紋。λ/2半波帶半波帶狹縫上部狹縫下部?jī)上噜弲^(qū)域?qū)?yīng)點(diǎn)發(fā)出光線的光程差=

l

/

2時(shí)，這些區(qū)域稱為半波帶。

當(dāng)時(shí)，可將縫分成三個(gè)“半波帶”兩兩抵消的結(jié)果,只留下一個(gè)半波帶.P處近似為明紋中心aλ/2θBA半波帶兩兩抵消,P處形成暗紋。

當(dāng)時(shí),可將縫分成四個(gè)“半波帶”,aλ/2BAθ——暗紋中心——明紋中心一般情況：

——中央明紋中心(所有光線無光程差,最亮)aABP0

衍射線沿入射方向

(q=

0)

,經(jīng)透鏡會(huì)聚于P0?！哐苌渚€間均無光程差∴到達(dá)P0的所有光線都相干加強(qiáng)(最亮)

上述暗紋和中央明紋中心位置是準(zhǔn)確的，其余明紋中心的位置較上稍有偏離。當(dāng)條紋級(jí)數(shù)

k↑，半波帶數(shù)↑，半波帶面積↓,則第k級(jí)明紋的光強(qiáng)Ik

↓-2-2asin0.0470.0171I/I00相對(duì)光強(qiáng)曲線0.0470.017五.條紋寬度1.中央明紋:λΔxI0x1x2衍射屏透鏡觀測(cè)屏Δx0

f1時(shí)，角寬度線寬度——衍射反比定律2.其他明紋(次極大)3.波長(zhǎng)對(duì)條紋寬度的影響

4.縫寬變化對(duì)條紋的影響波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋寬度越寬縫寬越小，條紋寬度越寬當(dāng)時(shí)，屏幕是一片“亮”I0sin∴幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)在/a

0時(shí)的極限情形只顯出單一的明條紋單縫的幾何光學(xué)像當(dāng)時(shí)，六.干涉和衍射的聯(lián)系與區(qū)別：...§11.3光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)（了解）一.透鏡的分辨本領(lǐng)1.圓孔的夫瑯禾費(fèi)衍射圓孔孔徑為DL衍射屏觀察屏中央亮斑(愛里斑)1f相對(duì)光強(qiáng)曲線1.22(/D)sin1I/I00愛里斑

D

愛里斑變小2.透鏡的分辨本領(lǐng)幾何光學(xué):

物點(diǎn)象點(diǎn)物(物點(diǎn)集合)

象(象點(diǎn)集合)(經(jīng)透鏡)波動(dòng)光學(xué):物點(diǎn)象斑物(物點(diǎn)集合)

象(象斑集合)(經(jīng)透鏡)剛可分辨非相干疊加不可分辨瑞利判據(jù):對(duì)于兩個(gè)等光強(qiáng)的非相干物點(diǎn),如果其一個(gè)象斑的中心恰好落在另一象斑的邊緣(第一暗紋處),則此兩物點(diǎn)被認(rèn)為是剛剛可以分辨。最小分辨角分辨本領(lǐng)不可選擇，可顯微鏡：D不會(huì)很大，可望遠(yuǎn)鏡：ID**S1S20貴州省平塘縣的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡一.光柵1.光柵—大量等寬等間距的平行狹縫(或反射面)構(gòu)成的光學(xué)元件。d反射光柵d透射光柵a是透光（或反光）部分的寬度d=a+b

光柵常數(shù)b

是不透光(或不反光)部分的寬度3.光柵常數(shù)2.種類：§11.2光柵衍射二.光柵衍射1.多光束干涉oP焦距

f縫平面G觀察屏透鏡L

dsindk=0,1,2,3…光柵方程設(shè)每個(gè)縫發(fā)的光在對(duì)應(yīng)衍射角方向的P點(diǎn)的光振動(dòng)的振幅為EpP點(diǎn)為主極大時(shí)NEpEp明紋(主極大)條件：此時(shí),光柵上下兩半寬度內(nèi)相應(yīng)的縫發(fā)的光到屏上時(shí)將都是反相的(原理同半波帶法),因而產(chǎn)生相消干涉而形成暗紋.暗紋：例:設(shè)光柵最上一條縫和最下一條縫的光程差為λ,即:NdθBA半波帶半波帶λ/2故可推知,暗紋條件：暗紋間距=相鄰主極大間有N－1個(gè)暗紋和N－2個(gè)次極大。如N=4,有三個(gè)極小0/d-(/d)-2(/d)2/dII0sinN=4光強(qiáng)曲線/4d-(/4d)多光束干涉的結(jié)果：在幾乎黑暗的背景上出現(xiàn)了一系列又細(xì)又亮的明條紋2.光柵衍射(1)各主極大受到單縫衍射的調(diào)制(2)為整數(shù)比時(shí)，會(huì)出現(xiàn)缺級(jí)

明紋缺級(jí)現(xiàn)象衍射暗紋位置：時(shí),，出現(xiàn)缺級(jí)干涉明紋缺級(jí)級(jí)次干涉明紋位置：衍射的影響：干涉條紋各級(jí)主極大的強(qiáng)度不再相等，而是受到了衍射的調(diào)制。主極大的位置沒有變化。sin0I單I0單-2-112(/a)單縫衍射光強(qiáng)曲線IN2I0單048-4-8sin(/d)單縫衍射輪廓線光柵衍射光強(qiáng)曲線sinN2Ｉ04-8-48(/d)多光束干涉光強(qiáng)曲線如：三.光柵光譜根據(jù)光柵方程可知，光柵光譜有多級(jí)，且是正比光譜0級(jí)1級(jí)2級(jí)-2級(jí)-1級(jí)(白)3級(jí)-3級(jí)白光的光柵光譜§11.4X射線的衍射一.X射線(1895年)的產(chǎn)生X射線:10-2102?

X射線準(zhǔn)直縫晶體····勞厄斑證實(shí)了X射線的波動(dòng)性勞厄（Laue）實(shí)驗(yàn)（1912）-KAX射線X射線管+ddddsin12晶面ACB二.X射線