课件制作人基础课部物理教研室赵存虎20016主要参考资料详解.ppt

* 课件制作人 基础课部物理教研室 赵存虎 2001.6. 主要参考资料：清华大学编《大学物理电子课件》 第五篇 (光的衍射) 第十七章 光的衍射 .1. §17-1 光的衍射 惠更斯—菲涅耳原理 §17-2 单缝的夫琅禾费衍射 §17-3 衍射光栅 §17-1 光的衍射 惠更斯—菲涅耳原理 一、光的衍射 1.现象: * S 衍射屏 观察屏 a ? a ? 10 3 ? 2.定义: 光在传播过程中能绕过障碍物 ? * S 衍射屏 观察屏 L? L 的边缘而偏离直线传播的现象 .2. (Diffraction of Light, Huygens-Fresnel principle) 二、惠更斯——菲涅耳原理 波传播到的任何一点都可看成是子波的波源; · · p dE(p) r Q dS S(波前) 设初相为零 n ? (远场衍射) (2) 夫琅禾费衍射 (近场衍射) (1) 菲涅耳衍射 3. 分类: 空间某点的振动是各子波在该点的相干叠加; .3. 面元dS上Q点发出的子波在P点的振幅与dS、r、?、Q的关系: P处波的强度 取决于波前上Q点处的强度 方向因子K(? ): .4. §17-2 单缝的夫琅禾费衍射 一、装置 * S f f ? a ? ? 透镜L? 透镜L · p A B 缝平面 观察屏 0 δ 二、菲涅耳半波带法(研究衍射条纹分布的方法) (缝宽) S: 单色光源 ? : 衍射角 —— 中央明纹(中心) 当 时,可将缝分为两个“半波带” A→P和B→P的光程差 .5. (Fraunhofer’s Diffraction of Single Seam ) 当 时,可将缝分成四个“半波带”, a θ 1′ 2 B A 半波带 半波带 1 2′ 两个“半波带”上所有对应点(如1 和 1′、2 和 2′)所发光的光程差均为λ/2，在P处干涉形成暗纹。 当 时，可将缝分成三个“半波带” P处干涉加强形成明纹(中心) a λ/2 θ B A λ/2 半波带 半波带 1 2 1′ 2′ P处形成暗纹。 .6. 对于任意一个衍射角θ， 不一定是λ/2的整数倍，因而条纹亮度介于上述明、暗纹的亮度之间。 次明纹(中心) 即θ=0 中央明纹(中心) 衍射加强、减弱的条件： 结论：任意两个相邻半波带所发出的光，在P 处干涉相消,形成暗条纹。 暗纹 中央明纹区域: .7. *三、振幅矢量法、光强公式 ( N很大 ) 则每个窄带发出的子波在P点振幅近似相等,设为 透镜 f ? p x ?x ?x sin? 缝平面 缝宽a ? A B C 0 观测屏 .8. 将单缝分成N个窄波带，每个波带宽为?x 同一衍射方向上相邻窄波带对应光线间的位相差： P处的合振幅EP 就是各子波的振幅 矢量之和. P 处是多个同方向、同频率、同振幅、初 对于O点: ? = 0 , ?? = 0 E0 ?E0 …… E0 = N ?E0 对于其他点P： EP E0 ?? EP ?E0 当N ? ?时, N个相接的折线将变为一个圆弧。 相依次差一个恒量△? 的简谐振动的合成， 合成的结果仍为简谐振动。 .9. 令 有 又 P点的光强 R EP E0 △Φ △Φ .10. 由 可得 (1) 主极大(中央明纹中心)位置： (2) 极小(暗纹)位置： 由 得 或 (3) 次极大位置： .11. 解得 : 相应 : (4)光强 : 从中央往外各次极大的光强依次为: 0.0472I0 , 0.0165I0 , 0.0083I0 , … ∴ I次极大 I主极大 -2.46π ? o ? 2? -? -2? y y1 = tg? y2 = ? +2.46π -1.43π +1.43π · · · · .12. ? /a -(? /a) 2(? /a) -2(? /a) sin? 0.047 0.017 1 I / I0 0 相对光强曲线 0.047 0.017 四、条纹位置 亮条纹(次极大)位置： 暗条纹位置： .13. x2 Δx I 0 x1 衍射屏 透镜 观测屏 Δx0 f λ ? 故 2. 其他明纹(次极大)宽度: 3. 波长对条纹宽度的影响 4. 缝宽变化对条纹的影响 五、有关条纹宽度的几点说明 波长越长，条纹宽度越宽 a一定 1. 中央明纹(主极大)宽度: 缝宽越小，条纹宽度越宽 λ一定