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1、大学物理大学物理第一版第一版第第6 6章章 波动光学波动光学大学物理电子教案大学物理电子教案波动光学波动光学(4)(4)6.5 光的衍射光的衍射(一一)1大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射一一 光的衍射现象光的衍射现象 (FLASHFLASH)光在传播过程中若遇到尺寸比光的波长大得光在传播过程中若遇到尺寸比光的波长大得不多的障碍物时，光会传到障碍物的阴影区并形不多的障碍物时，光会传到障碍物的阴影区并形成明暗变化的光强分布的现象成明暗变化的光强分布的现象2大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射夫夫
2、琅琅 禾禾 费费 衍衍 射射光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远缝缝菲菲 涅涅 耳耳 衍衍 射射缝缝光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远3大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射在在实实验验中中实实现现夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射4大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射二二 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理：波阵面上面元：波阵面上面元 (子波波源子波波源)子波在子波在 点引起的振动振幅点引起的振动振幅 并与并与 有关有关：时刻波阵面时刻波阵面 *e菲涅耳原理菲涅耳原理:不能解释为什么出现衍射条纹，更不能解释为什么出现衍射条纹，更不能计算条
3、纹的位置和光强的分布，也无法解释不能计算条纹的位置和光强的分布，也无法解释波为什么不向后传播波为什么不向后传播.5大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射：波阵面上面元：波阵面上面元 (子波波源子波波源)：时刻波阵面时刻波阵面 *e 菲涅耳指出菲涅耳指出 波场中各点的强度由各子波在波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定该点的相干叠加决定.6大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理的数学表达式菲涅耳原理的数学表达式菲涅耳衍射积分公式：菲涅耳衍射积分公式：Sprn7大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射1
4、 1 实验实验 1 1）装置）装置 2 2）实验现象）实验现象(flashflash)明暗相间的平行于单缝衍射条纹；明暗相间的平行于单缝衍射条纹；中央明纹明亮且较宽；中央明纹明亮且较宽；两侧对称分布着其它明纹。两侧对称分布着其它明纹。三三 单缝衍射单缝衍射8大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射（衍射角（衍射角 ：向上为正，向下为负）：向上为正，向下为负）衍射角衍射角2 菲涅耳波带法菲涅耳波带法(flash)9大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射干涉相消干涉相消(暗纹暗纹暗纹暗纹)干涉加强干涉加强(明纹
5、明纹明纹明纹)（介于（介于明明暗暗之间）之间）个半波带个半波带 个半波带个半波带 中央明纹中心中央明纹中心（个半波带个半波带）10大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射3 3 光强分布光强分布干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）11大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射当当 较小时，较小时，12大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）讨讨 论论13大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射(1)第一
6、暗纹距中心的距离第一暗纹距中心的距离第一暗纹的衍射角第一暗纹的衍射角14大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射 一定，一定，越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.光直线传播光直线传播 增增大大，减减小小 一定一定减减小小，增增大大衍射最大衍射最大第一暗纹的衍射角第一暗纹的衍射角15大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射角范围角范围 线范围线范围中央明纹的宽度中央明纹的宽度(2)中央明纹中央明纹（的两暗纹间）的两暗纹间）16大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？单缝宽度变化，中
7、央明纹宽度如何变化？17大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射 入射波长变化，衍射效应如何变化？入射波长变化，衍射效应如何变化？越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.18大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射 (3)条纹宽度（相邻条纹间距）条纹宽度（相邻条纹间距）除了中央明纹外其除了中央明纹外其它明纹的宽度它明纹的宽度干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）19大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射(4)单缝衍射的动态变化单缝衍射的动态变化单缝上移，零单缝上移，零级明纹仍在透级
8、明纹仍在透镜光轴上镜光轴上.单缝单缝上下上下微小移动，根据透镜成像原理衍射微小移动，根据透镜成像原理衍射图图不不变变 .20大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射 (5)入射光非垂直入射时光程差的计算入射光非垂直入射时光程差的计算（中央明纹（中央明纹向下向下移动）移动）21大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射（中央明纹（中央明纹向上向上移动）移动）22大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射例例1 1 用单色平行可见光，垂直照射到缝宽为用单色平行可见光，垂直照射到缝宽为a a=0.5mm=0.5mm的单缝的单缝上，在缝后放一焦距
9、上，在缝后放一焦距f f=1m=1m的透镜，由在位于焦平面的观察屏的透镜，由在位于焦平面的观察屏上形成衍射条纹，已知屏上离中央纹中心为上形成衍射条纹，已知屏上离中央纹中心为1.5mm1.5mm处的处的P P点为点为明纹，求：明纹，求：(1)(1)入射光的波长；入射光的波长；(2)P(2)P点的明纹级和对应的衍射角，以及此时单缝波面可点的明纹级和对应的衍射角，以及此时单缝波面可分成的半波带数；分成的半波带数；(3)中央明纹的宽度。中央明纹的宽度。单缝单缝23大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射解：解：(1)(1)对对P P点，由点，由 当当很小，很小，tgtgsinsin
10、由单缝衍射公式可知由单缝衍射公式可知 当当k=1k=1时，时，=5000A=5000A0 0当当k=2k=2时，时，=3000 A=3000 A0 0在可见光范围内，入射光波长为在可见光范围内，入射光波长为=5000A=5000A0 0。24大学物理大学物理第一版第一版6.5 6.5 光的衍射光的衍射(2)P(2)P点为第一级明纹，点为第一级明纹，k=1k=1 半波带数为：半波带数为：2k+1=32k+1=3 (3)(3)中央明纹宽度为中央明纹宽度为 单缝单缝25第第6章章 波动光学波动光学大学物理大学物理第一版第一版本章目录本章目录选择进入下一节：选择进入下一节：6.1 6.1 几何光学简介几何光学简介 6.5 6.5 光的衍射光的衍射 6.4 6.4 光的干涉光的干涉 6.3 6.3 光程与光程差光程与光程差 6.2 6.2 光波及其相干条件光波及其相干条件 6.0 6.0 教学基本要求教学基本要求 6.6 6.6 光的偏振光的偏振26