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1、光的衍射PPT课件第1页，共38页，编辑于2022年，星期四l衍射现象：衍射现象：波偏离直线传播的现象波偏离直线传播的现象12-7 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯菲涅菲涅耳原理耳原理一一.光的衍射现象光的衍射现象第2页，共38页，编辑于2022年，星期四二二.分类分类 菲涅耳衍射菲涅耳衍射:光源和显示屏中的一光源和显示屏中的一 个个或两个与衍射孔或两个与衍射孔(缝缝)相距为有限远相距为有限远光源光源显示屏显示屏显示屏显示屏孔孔孔孔(缝缝缝缝)第3页，共38页，编辑于2022年，星期四 夫朗和费衍射夫朗和费衍射：光源和显示屏与衍光源和显示屏与衍射孔射孔(缝缝)相距为无限远相距为无限远(入
2、射和衍射光入射和衍射光都是平行光都是平行光,一般通过透镜实现一般通过透镜实现)第4页，共38页，编辑于2022年，星期四 l菲涅耳假定：菲涅耳假定：波在传播时，从同一波在传播时，从同一波阵面上各点发出的子波，经传播而波阵面上各点发出的子波，经传播而在空间某点相遇时，产生在空间某点相遇时，产生相干相干叠加叠加三三.惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理-惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理第5页，共38页，编辑于2022年，星期四一一.实验装置实验装置12-8 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射第6页，共38页，编辑于2022年，星期四二二.衍射图像的分布规律衍射图像的分布规律 -菲涅耳波带法菲涅耳波带法2
3、222第7页，共38页，编辑于2022年，星期四 BC=asin =2(l l/2)-2个波带个波带FA0和和0B波带上对应点发出波带上对应点发出的子波到达的子波到达P点时的位相差为点时的位相差为，相互干涉抵消，相互干涉抵消-P点为暗点为暗纹纹 BC=asin=3(l l/2)-3个波个波带带F有一个波带未被抵消有一个波带未被抵消-P点为明纹点为明纹第8页，共38页，编辑于2022年，星期四BC=asin=n(l l/2)-n个波带个波带Fn为偶数：为偶数：成对干涉抵消成对干涉抵消-暗纹暗纹Fn为奇数：为奇数：剩一个波带未被抵消剩一个波带未被抵消-明纹明纹-明明纹纹-暗暗纹纹第9页，共38页，
4、编辑于2022年，星期四asin 不等于不等于l l/2的整数倍时的整数倍时,光强介光强介于最明与最暗之间于最明与最暗之间中央明纹：两第一级中央明纹：两第一级暗纹中心间的明纹暗纹中心间的明纹半角宽半角宽讨论：讨论：线宽度线宽度第10页，共38页，编辑于2022年，星期四其它其它相邻相邻明明(暗暗)纹的纹的间距是中央亮纹间距是中央亮纹宽度的一半宽度的一半l l变化则衍射位置变化；变化则衍射位置变化；l l一定时，一定时，a越小，衍射作用越明显越小，衍射作用越明显第11页，共38页，编辑于2022年，星期四中央明区最亮，随级数增大，亮度迅中央明区最亮，随级数增大，亮度迅速减小速减小第12页，共38
5、页，编辑于2022年，星期四例例1在单缝衍射实验中，透镜焦距为在单缝衍射实验中，透镜焦距为0.5m，入射光波长，入射光波长=500nm，缝宽，缝宽a=0.1mm。求。求(1)中央明纹宽度中央明纹宽度;(2)第一级明纹宽度第一级明纹宽度解：解：中央明纹宽度中央明纹宽度第13页，共38页，编辑于2022年，星期四第一级明纹宽度为第一级暗纹和第二第一级明纹宽度为第一级暗纹和第二级暗纹间的距离级暗纹间的距离第14页，共38页，编辑于2022年，星期四 12-9 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率一一.圆孔的夫朗和费衍射圆孔的夫朗和费衍射爱里斑爱里斑第一级暗环衍射角满足第一级暗环衍射角满足第15页，共38
6、页，编辑于2022年，星期四能分辨能分辨二二.光学仪器分辨率光学仪器分辨率第16页，共38页，编辑于2022年，星期四不能分辨不能分辨恰能分辨恰能分辨爱里斑爱里斑最小分辨角最小分辨角第17页，共38页，编辑于2022年，星期四F瑞利准则：瑞利准则：对光学仪器来说，如果一对光学仪器来说，如果一个点光源衍射图样的中央最亮处刚好个点光源衍射图样的中央最亮处刚好与另一个点光源衍射图样的第一个最与另一个点光源衍射图样的第一个最暗处相重合，则这两个点光源恰好为暗处相重合，则这两个点光源恰好为该仪器所分辨该仪器所分辨爱里斑爱里斑分辨率分辨率第18页，共38页，编辑于2022年，星期四 12-10 光栅衍射光
7、栅衍射一一.光栅的结构和用途光栅的结构和用途F由许多等宽等间距的狭缝构成由许多等宽等间距的狭缝构成类型：类型：透射光栅，反射光栅透射光栅，反射光栅透射透射光栅光栅反射反射光栅光栅第19页，共38页，编辑于2022年，星期四-光栅常数光栅常数-相邻两缝光线的光程相邻两缝光线的光程差差第20页，共38页，编辑于2022年，星期四 二二.光栅衍射图样的形成光栅衍射图样的形成l光栅的衍射条纹是光栅的衍射条纹是衍射衍射和和干涉干涉的总效的总效果果1.光栅的多缝干涉光栅的多缝干涉相邻两缝相邻两缝光束间的相位差光束间的相位差为为第21页，共38页，编辑于2022年，星期四设光栅有设光栅有N条缝条缝讨论：讨论
8、：a a=2kp p此时合振幅最大此时合振幅最大-光栅方程光栅方程-出现明纹出现明纹(主明纹主明纹)第22页，共38页，编辑于2022年，星期四-出现暗纹出现暗纹m的取值的取值：此时围成此时围成m个正多边个正多边形形,合振幅为零合振幅为零第23页，共38页，编辑于2022年，星期四F每两个相邻主明纹之间有每两个相邻主明纹之间有N-1条暗纹条暗纹和和N-2条次明纹条次明纹极小极小:1次明纹次明纹:0N=2极小极小:3次明纹次明纹:2N=4极小极小:5次明纹次明纹:4N=6F光栅条数越多光栅条数越多,暗区越宽暗区越宽,明纹越窄明纹越窄第24页，共38页，编辑于2022年，星期四2.单缝衍射对多缝干
9、涉的影响单缝衍射对多缝干涉的影响F若在某一衍射角若在某一衍射角 下同时满足下同时满足多缝干涉极大多缝干涉极大单缝衍射极小单缝衍射极小-缺级级数缺级级数F各主极大受单缝衍射的调制，某些位各主极大受单缝衍射的调制，某些位置出现缺级置出现缺级第25页，共38页，编辑于2022年，星期四单缝衍射单缝衍射多缝干涉多缝干涉光栅衍射光栅衍射第26页，共38页，编辑于2022年，星期四三三.光线斜入射光线斜入射相邻两缝光线的光程差相邻两缝光线的光程差F斜入射时的光栅方程为斜入射时的光栅方程为第27页，共38页，编辑于2022年，星期四四四.光栅光谱光栅光谱F复复色色光光入入射射时时，除除中中央央明明纹纹外外，
10、不不同同波波长长的的同同级级明明纹纹以以不不同同的的衍衍射角出现射角出现-光栅光谱光栅光谱一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱第28页，共38页，编辑于2022年，星期四例例2双缝缝距双缝缝距d=0.40mm,两缝宽度都两缝宽度都是是a=0.08mm，用波长，用波长=480nm的平行的平行光垂直照射双缝光垂直照射双缝,在双缝后放一焦距在双缝后放一焦距f=2.0m的透镜的透镜,求求:(1)在透镜焦平面处在透镜焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距的屏上，双缝干涉条纹的间距x;(2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目干涉亮纹数目解：解：对双缝干涉第对双
11、缝干涉第k级明纹有级明纹有第29页，共38页，编辑于2022年，星期四第第k级明纹在屏上的位置级明纹在屏上的位置第30页，共38页，编辑于2022年，星期四即在单缝衍射中央明纹范围内，只有即在单缝衍射中央明纹范围内，只有级明纹出现级明纹出现所以双缝干涉明纹的数目所以双缝干涉明纹的数目第31页，共38页，编辑于2022年，星期四例例3一平面透射光栅，在一平面透射光栅，在1mm内刻有内刻有500条纹。现用条纹。现用=0.5910-3mm钠光谱钠光谱观察。求观察。求(1)光线垂直入射时光线垂直入射时,最多能最多能看到第几级光谱？看到第几级光谱？(2)光线以光线以300角入射角入射时，最多能看到哪几条
12、光谱时，最多能看到哪几条光谱?解：解：光栅常数为光栅常数为第32页，共38页，编辑于2022年，星期四当当时时，k最大最大取整，即垂直入射时，最多能看到第三取整，即垂直入射时，最多能看到第三级光谱级光谱第33页，共38页，编辑于2022年，星期四F入射线与衍射线同侧时入射线与衍射线同侧时取整，最多能看到第五级光谱取整，最多能看到第五级光谱F入射线与衍射线异侧时入射线与衍射线异侧时取整，只能看到第一级光谱取整，只能看到第一级光谱F即共可看到即共可看到-1,0,1,2,3,4,5七条光谱七条光谱第34页，共38页，编辑于2022年，星期四例例4波长为波长为700nm的单色光，垂直入射的单色光，垂直
13、入射在平面透射光栅上，光栅常数为在平面透射光栅上，光栅常数为 310-4cm，缝宽为，缝宽为10-4cm。求。求(1)最多能看最多能看到第几级光谱到第几级光谱?(2)哪些级出现缺级现象哪些级出现缺级现象?解解:时时取整，即最多可看到第四级光谱取整，即最多可看到第四级光谱第35页，共38页，编辑于2022年，星期四满足满足时缺级时缺级又又时缺级时缺级-第三级出现缺第三级出现缺级级F即光屏上实际呈现级数为即光屏上实际呈现级数为4-1=3，对，对应于明纹应于明纹k=-4,-2,-1,0,1,2,4共七条共七条第36页，共38页，编辑于2022年，星期四 一一.x 射线射线12-11 x 射线衍射射线衍射F德国物理学家伦琴德国物理学家伦琴1895年年11月发现月发现F12月月22日伦琴为夫人的手拍日伦琴为夫人的手拍下了第一张下了第一张 x 光照片光照片F1901年伦琴获第一个诺贝年伦琴获第一个诺贝尔物理学奖尔物理学奖第37页，共38页，编辑于2022年，星期四阳极阳极阴极阴极x 射线管射线管Fx射线由射线由高速电子流轰击阳极而得高速电子流轰击阳极而得F波长在波长在0.0110nm的电磁波，介于的电磁波，介于紫外和紫外和 射线之间射线之间第38页，共38页，编辑于2022年，星期四