单缝衍射和半波带法.ppt

光的衍射现象光的衍射现象圆孔衍射圆孔衍射*指缝衍射指缝衍射剃须刀片衍射剃须刀片衍射11.5 单缝衍射和半波带法单缝衍射和半波带法 11.5.1 惠更斯惠更斯 菲涅耳原理菲涅耳原理 11.5.2 夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 11.5.3 菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法复习：复习：10.5.1 惠更斯原理惠更斯原理 波波前前上上每每点点可可看看成成发发射射子子波波的的波波源源，在在 t 时时刻刻这这些些子子波波源源发发出出的的子子波波，经经t 时时间间后后形形成成半半径径为为 ut 的的球球形形波波阵阵面面，在在波波的的前前进进方方向向上上这这些些子波波阵面的包迹就是子波波阵面的包迹就是 t+t 时刻新波阵面。时刻新波阵面。某某时时刻刻波波前前下下一一时时刻刻波波前前决决定定波波的的传传播播方向方向 惠惠更更斯斯原原理理不不能能解解释释衍衍射射波波的的强强度度分分布布。菲菲涅耳作了补充。涅耳作了补充。干干涉涉是是分分立立的的光光束束相干叠加相干叠加11.5.1 惠更斯惠更斯 菲涅耳原理菲涅耳原理 为为定定量量计计算算衍衍射射光光强强分分布布，菲菲涅涅耳耳对对惠惠更更斯斯原理作了补充：原理作了补充：（2）光光屏屏上上任任一一点点P的的振振动动是是S上上所所有有dS发发出出的的子波在子波在P点相干叠加的结果。点相干叠加的结果。（1）波波阵阵面面S上上各各面面元元dS可可以以看看作作一一个个子子波波源源，它们都发射相干的球面子波；它们都发射相干的球面子波；干涉和衍射无本质区别：干涉和衍射无本质区别：，衍衍射射指指波波阵阵面面上上（连连续续的的）无无限限多多子波源发出光束的相干叠加。子波源发出光束的相干叠加。惠更斯惠更斯 菲涅尔原理菲涅尔原理：波阵面上面元：波阵面上面元 (子波波源子波波源)菲涅尔指出菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时，衍射图中的强度分布是因为衍射时，波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定.P P 点振动是各子波在此产生的振动的叠加点振动是各子波在此产生的振动的叠加.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 *问：问：如何实现夫琅禾费衍射如何实现夫琅禾费衍射？衍射的分类：衍射的分类：菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射夫夫 琅琅 禾禾 费费 衍衍 射射缝缝光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远在在实实验验中中实实现现夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射菲菲 涅涅 尔尔 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11.5.2 夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射中央明纹中心：中央明纹中心：其他明暗条纹位置，可用菲涅耳半波带法求出。其他明暗条纹位置，可用菲涅耳半波带法求出。中中央央明明纹纹光光强强最最大大，其其他他明明纹纹光光强强迅迅速速下下降降，光能绝大部分集中在中央明纹内。光能绝大部分集中在中央明纹内。夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射衍射角衍射角（衍射角（衍射角 ：向上为正，向下为负：向上为正，向下为负.）用用/2分分割割BC，得得一一系系列列割割点点，过过各各割割点点作作BC的的垂垂面面，这这些些垂垂面面把把缝缝所所截截取取的的入入射射光光的的波波阵面阵面分割成一些条形带分割成一些条形带 半波带半波带11.5.3 菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法 缝缝上上各各点点发发出出的的光光在在P点点的的相相位位差差，是是由由从从缝到缝到AC 这一段光程差引起的。这一段光程差引起的。12ABa半波带半波带半波带半波带12两个半波带发的光，两个半波带发的光，在在 P 点干涉相消形成暗纹。点干涉相消形成暗纹。/2相消相消相消相消当当 时，时，（1）可将缝分为两个半波带可将缝分为两个半波带CTHANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二11可编辑 在在 P 点形成明纹（近似）点形成明纹（近似）/2aAB 其中两相邻半波带的衍射光相消，其中两相邻半波带的衍射光相消，余下一个半波带的衍射光不被抵消余下一个半波带的衍射光不被抵消a/2AB相消，相消，P 点形成暗纹。点形成暗纹。（3）当）当 时，时，缝分成四个半波带，缝分成四个半波带，可将可将两相邻半波带的衍射光两相邻半波带的衍射光（2）当）当 时，时，可将缝分成三个半波带，可将缝分成三个半波带，CC暗纹中心：暗纹中心：中央明纹中心中央明纹中心：中中央央明明纹纹中中心心和和暗暗纹纹位位置置是是准准确确的的，其其余余明明纹中心的位置是近似的，与准确值稍有偏离。纹中心的位置是近似的，与准确值稍有偏离。单缝衍射条纹的位置：单缝衍射条纹的位置：明纹中心明纹中心（近似）（近似）：第一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中央明纹的半角宽度中央明纹的半角宽度讨论：中央明纹的半角宽度：讨论：中央明纹的半角宽度：一般情况，一般情况，很小很小，光光源源经经透镜所成的几何光学的像透镜所成的几何光学的像 两两个个第第1级级暗暗纹纹中中心心间间所所张张的的衍衍射射角角，约约为其他明纹宽度的两倍。为其他明纹宽度的两倍。中中央央明明纹纹的的宽宽度度正正比比于于波波长长，反反比比于于缝宽。缝宽。衍射条纹向中央密集靠拢衍射条纹向中央密集靠拢几何光学几何光学衍射反比定律：衍射反比定律：单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.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?【思考思考】上下移动缝，衍射条纹变化吗？上下移动缝，衍射条纹变化吗？问：问：单缝单缝上下微小上下微小移动时，衍射图有否变化移动时，衍射图有否变化？答答：根据透镜成像原理衍射图：根据透镜成像原理衍射图不不变变.单缝上移，零单缝上移，零级明纹中心仍在透级明纹中心仍在透镜光轴上镜光轴上.讨论：讨论：下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相等，等，问：问：1）光线）光线 1 与与 3 在幕上在幕上 P 点相遇时点相遇时,两光振两光振动的位相差为什么？动的位相差为什么？2）P 点是明还是暗？点是明还是暗？答答：1）1，3光线光线在在P 点相遇时点相遇时,两光振两光振动的位相差为动的位相差为 .2）P 点是点是暗暗点点.缝长缝长RP135135练习：练习：11-64,65,66,67,68,70,71,72,75，77，作业：作业：11-72，76THANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二22可编辑