3单缝衍射.ppt

* 一、光的衍射现象 二、菲涅耳-惠更斯原理 三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 四、单缝夫琅禾费衍射 五、圆孔夫琅禾费衍射 六、光学仪器的分辨本领 七、干涉和衍射的区别 本讲主要内容： 圆孔衍射 单缝衍射 * * 一、光的衍射现象 狭缝 衍射现象 光的衍射发生的条件 缝宽a ～ 波长λ S 光源 透镜 透镜 缝宽由窄变宽时，衍射条纹变化 缝宽大约十分之几毫米 观察屏 光的衍射现象: 肉眼也能看到光的衍射现象！ 亮度 光的衍射现象:光能绕过障碍物的边缘传播。 而且衍射后能形成具有明暗相间的衍射图样。 中央明纹最亮,两侧显著递减。 单缝夫琅禾费衍射 圆孔夫琅禾费衍射 长方孔夫琅禾费衍射 矩形孔夫琅禾费衍射 菲涅耳的补充假设—子波的干涉 惠更斯原理:在波的传播过程中,波阵面(波前)上的每一点都可看作是发射子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波的包迹就成为新的波阵面。 思考：衍射条纹与干涉条纹的相像之处？ 在波的传播过程中,从同一波阵面上的各点发出的子波，经传播在空间某点相遇时，这些次级子波要相干叠加，这一点的振动即是相干叠加的结果。 回忆： 二、菲涅耳-惠更斯原理 S 菲涅耳衍射 夫琅禾费衍射 S 光源—障碍物—接收屏距离为有限远。 光源—障碍物—接收屏 距离为无限远。 衍射按光源、衍射屏和观察屏三者的位置关系分为两类： 三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 S E A K B 单缝夫琅禾费衍射实验装置 a P 狭缝横置 把狭缝放大了! 考虑屏上一点P的相干叠加情况 ? 衍射角 注意：现在是一束光！ 四、单缝夫琅禾费衍射 夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射 衍射角 （衍射角 ：向上为正，向下为负 .） 菲涅尔波带法 asin? a A B ? 1. 先考虑边缘两支光线 的光程差BC C θ C1 2.设BC1=C1C,将波面分为 两个纵长形的波带 3. 再设BC1=C1C=λ/2 P 干涉相消 4.两个半波带对应点发出的光在P点的光程差都为半个波长——则在P点合成结果相互抵消。 结论： , P点为暗纹 a P? A B C asin? a A B ? C1 P 暗纹 C 两个半波带发出的子波传播到P1点干涉的结果相消，剩下一个半波带发出的子波在P1点叠加，所以P点显出亮纹，但不是很亮！ a A B 思考1： 对应的是明纹还是暗纹？ 没有完全抵消，所以是亮纹，但不是亮的中心。 暗纹 asin? a A B ? P C 明纹 思考2：对应衍射角为零的各子波相干情况如何？ 各子波衍射光程差为零——P点为中央亮纹 半波带数：4 5 7 a ? a ? a ? 结论：单缝夫琅禾费衍射明暗条件为 特别注意：与干涉明暗纹的条件正好相反！！ 只是边缘两支光线的光程差（最大光程差） 单缝夫琅禾费衍射明暗条件为 1)中央明条纹的半角宽度即第一暗纹的衍射角。 当? 很小时,中央明条纹的半角宽度 中央明纹的中心 θ=0 讨论 ? * S f f ? a ? 透镜L? 透镜L · P B A 缝平面 观察屏 0 δ S：单色线光源 ， 光线正入射 : 衍射角 , 缝宽 单缝的夫琅禾费衍射、半波带法装置 当 较小时， 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） 讨 论 （1）第一暗纹距中心的距离 第一暗纹的衍射角 一定， 越大， 越大，衍射效应越明显. 光直线传播 增大， 减小 一定 减小， 增大 衍射最大 第一暗纹的衍射角 角范围 线范围 中央明纹的宽度 （2）中央明纹 （ 的两暗纹间） 2) 其它明条纹的宽度为中央明纹宽度的一半，角宽度 3) 明条纹的线宽度 中央明条纹 (当?很小时) 缝越窄，衍射条纹宽度越大，衍射越明显！——衍射反比律 其它明条纹的线宽度 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？ 越大， 越大，衍射效应越明显. 入射波长变化，衍射效应如何变化 ? 4）明条纹的亮度:中央明纹最亮,两侧显著递减。 亮度 5）条纹的位置与波长?有关,可知复色光明纹会显示色散,形成衍射光谱,内侧紫,外侧红。 1 狭缝在原平面内平行移动,屏上条纹分布如何？ 思考： 2 若光线斜入射，则屏上条纹如何？ （在光栅中用到，请记住！） P ? 衍射角 衍射图象不变！ 思考：若光源在原平面内上下平行移动，在双缝实验中干涉条纹如何变化？ 单缝衍射的动态变化 单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上. 单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变 . 平行单色光垂直入射于单缝上，观察夫琅禾费衍射。若屏上p点处为第三级暗纹，则单缝处波面相应地可划分为 个半波带。若将单缝宽度缩小一半， p点处将是 级 纹 思考：