当前位置：文档之家 › 大学物理光的衍射一

大学物理光的衍射一

  • 格式：pptx
  • 大小：1.37 MB
  • 文档页数：55

下载文档原格式

  / 55

合集下载

《大学物理》光的衍射(一)

《大学物理》光的衍射(一)


放映结束 感谢各位的批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
③影响衍射图样的a和
由暗纹条件： asin k 若λ 一定时，
sin 1 ： 缝越窄，衍射越显著，但a不能小于（a小于时 也有衍射，a但此时半波带理论不成立）；缝越宽，衍射越不明显， 条纹向中心靠近，逐渐变成直线传播。
由暗纹条件： asin k 若a一定时， sin λ 越大，衍射越显著，
20 2sin0 2 / a 1.092102 rad
易得中央明条纹的线宽度为
x=2 f tan0 2 f sin0 5.46103 m
（2）浸入水中，折射率改变，设折射率为n,则波长改变为
=/n 2
an
n ， ，即中央明条纹的角宽度减小
大学物理 习题练习 光的衍射
光的衍射
• 什么是光的衍射？
波在传播中遇到障碍物，使波面受到限制时，能够绕过障碍物 继续前进的现象。
光通过宽缝时，是沿直线传播的，若将缝的宽度减小到约104m及更 小时，缝后几何阴影区的光屏上将出现衍射条纹。
菲涅耳衍射
衍射屏、光源和接收屏之间（或 二者之一）均为有限远
夫琅禾费衍射
衍射屏与光源和接收屏三者之间 均为无限远。
单缝夫琅禾费衍射
衍射屏 透镜L
透镜L
B
S
*
a

Aδ f
f
观察屏
·p
0
衍射角:
①衍射图样中明、暗纹公式：
亮纹条件： a sin (2k 1)
2
（近似值）
暗纹条件： a sin 2k k
2
②单缝衍射条纹特点—条纹宽度
对K级暗纹有
大学物理101光的衍射(1)

大学物理101光的衍射(1)


解 ：(1) x0

2 f
a

4.0m m
(2) 单缝衍射明纹的角位置由a
sin
（2k
1）
2
确定，得：sin 2

5 ，
2a
x2

f
tan 2

f
sin 2

5
2a
f
5.0mm
(3) 由ain （2k 1） 知: 相应于第二级、三级衍射明纹, k分别为2、3，
2
一 光的衍射现象
圆孔衍射
S
*
单缝衍射
S
*
HP
G
衍射 光在传播过程中绕过障碍物的边缘而偏离直线传 播的现象
说明
衍射现象是否明显取决于障碍物线度与波长的对 比，波长越大，障碍物越小，衍射越明显。
二 惠更斯 — 菲涅尔原理
n
S

rP *
S
t S ： 时刻波阵面
S ：波阵面上面元
(子波波源)
子波在 P点引起的振动振幅 s 并与 有关 .
当k=1时，λ=5000A0
当k=2时，λ=3000 A0
(3)中央明纹宽度为
x 2 f
a
5000 1010 2 1 0.5 103
在可见光范围内，入射光波长为λ=5000A0。 2 103 m
解：(1)对P点，由
(2)P点为第一级
tg x 1.5103 1.5103
f
1
明纹，k=1
sin 3 1.5103rad
2a
当θ很小， tgθ=sinθ=θ
半波带数为： 2k+1=3
由单缝衍射公式可知 2a sin 2atg 2k 1 2k
大学物理第15章a光的衍射课件

大学物理第15章a光的衍射课件

(a+b)sin0
(a+b)(sin sin0 )=k k=0,±1, ±2, ±3 ···
2、暗纹条件 暗条纹是由各缝射出的衍射光因干涉相消形成的。
( a b ) sin ( k n )
N
k 0,1,2,
k — 主极大级数 N — 光栅缝总数
n为正整数 n 1,2,N 1
在两个相邻主极大之间， 分布着N-1条暗条纹和N-2条次级明条纹。
缺级条件:
光栅衍射加强条件：
(a b)sin k
单缝衍射极小条件: a sin k '
两式相比得
缺级条件: a b k (式中k和k必须为整数) a k'
缺级级数为： k a b k a
(k 1, 2,3 )
当 a b k 4时 a k'
谱线中的第 –8、 – 4、4、8级条纹缺级。
b a
不透光缝宽度 b
d
光栅常数:
d a b
f
单缝的夫琅和费衍射图样，不随缝的上下移动而变化。 衍射角相同的光线，会聚在接收屏的相同位置上。
如果让平行光照射整个光栅，那么每个单缝在 屏上所产生的振幅情况是完全一样的。在单缝的情 况下振幅为零的地方迭加起来的合振幅仍为零。但 振幅不为零的地方，其位置仍没有变，但振幅变大 了，光强变大了。
个单缝上。如果所用的单缝的宽度a=1mm，缝后紧挨
着的薄透镜焦距f=100cm，求：(a)第一级暗纹到衍
射图样中心的距离；(b)中央明条纹的角宽度；
(c)中央亮纹的线宽度。
解： (a)
a sin0
atg0
a
x f
一级暗纹条件
x f 10010 5000107 mm 0.5mm
浙江大学《大学物理》课件光的衍射1

浙江大学《大学物理》课件光的衍射1


这是具体的白光单缝夫琅禾费衍射
光的衍射
单缝夫琅禾费衍射图样特征的讨论： ③衍射效应还与缝宽 a、入射光的波长 密切相关。 只有 a~ 才有明显的衍射效应
分析书上P49页例17.1，注意各种物理量单位的统一
【例题】用单色平行光垂直照射到宽度为 a=0.5mm的单缝上， 在缝后放置一个焦距为 f=100cm的透镜，则在焦平面的屏幕 上形成衍射条纹，若在离屏上中央明纹中心距离为1.5mm处 的P点为一亮纹，试求： ①入射光的波长；②P点条纹的级数和该条纹对应的衍射角； ③狭缝处波面可分为几个半波带；④中央明纹的宽度。
②原中央明纹变为3 个小明纹，相当于 插入二条暗纹
光的衍射
2.振幅矢量叠加法：（只须了解其基本原理）
sinu u I A2 sin 2u 2 2 I 0 A0 u A A0
光的衍射
四、光栅衍射：
任何能周期性地分割波阵面的衍射屏------衍射光栅，相邻 两缝（或刻痕）中心间距称为光栅常数-----d
光的衍射
光栅衍射的整个过程是平行光先经各个单缝衍射后，再 进行多光束干涉！ 对光栅的每一条缝而言，单缝衍射的结论完全适用，故 光栅的衍射条纹应看作单缝衍射和多光束干涉的综合结果。
光的衍射
多缝衍射的明暗情况：
相邻的两个主 极大之间均有 N 1个极小 N 2个次极大
光的衍射
光的衍射
光栅衍射条纹的明暗条件为： dsin k k 0,1, 2,...主极大 k dsin k 1, 2,..., N 1, N 1,...极小 N
光的衍射
三、单缝夫琅禾费衍射：
原来垂直入射的平行光经过衍射能出射各种角度的平行光， 到达观察屏的光的强度是各个平行衍射光的相干叠加。
《大学物理》光的衍射(一)ppt课件

《大学物理》光的衍射(一)ppt课件

通过测量星光经过望远镜后的衍射斑大小，可以 推算出望远镜的分辨率，进而评估其观测能力。
2 3
显微镜的分辨率
利用光的衍射现象，显微镜能够分辨出非常微小 的物体或结构，其分辨率受到光源波长和物镜数 值孔径的限制。
摄影镜头的分辨率
摄影镜头通过控制光的衍射，可以在底片上形成 清晰的像，镜头的分辨率决定了照片的清晰度。
2024/1/24
激光全息技术在光学信息存储、三维显示和防伪等领域的应用
利用全息技术实现高密度光学信息存储、真彩色三维显示以及高级防伪措施等。
22
06
总结与展望
Chapter
2024/1/24
23
本节内容回顾与总结
光的衍射现象及其分类
介绍了光的衍射现象，包括菲涅尔衍射和夫 琅禾费衍射等，以及它们的特点和应用。
8
衍射图样分析
01
02
03
中央明纹
在屏幕中心形成的最亮区 域，宽度约为其他明纹的 两倍。
2024/1/24
明暗相间条纹
在中央明纹两侧形成一系 列明暗相间的条纹，离中 心越远，明纹亮度越低， 暗纹越暗。
条纹间距
相邻明纹或暗纹之间的距 离，与波长、缝宽和观察 距离有关。
9
缝宽对衍射图样的影响
缝宽增加
明暗条纹的间距减小，且离中央 明纹越远的明纹亮度越低。
2024/1/24
双缝间距减小
明暗条纹的间距增大，且离中央明 纹较远的明纹亮度也有所提高。
极限情况
当双缝间距趋近于零时，双缝衍射 图样趋近于单缝衍射图样。
14
04
光的衍射在生活中的应用
Chapter
2024//24
15
光学仪器的分辨率
光的衍射第一讲概述

光的衍射第一讲概述

x ·
S
*
f
§4-5-1
0
f
光单缝夫琅禾费衍射
大学 物理
条件：1）狭缝非常窄（10 λ ～ 1000λ ） 2）满足夫琅禾费衍射条件 x
z
L1
a
y
l


L2
狭缝
点光源照射下 的单缝衍射条纹
§4-5-1
光单缝夫琅禾费衍射
大学 物理
现象： （1）衍射条纹呈明暗相间、对称的稳态分布。 （2）中央明纹最宽、最亮，其余条纹依次减弱；
§4-5-1
光单缝夫琅禾费衍射
大学 物理
1、单缝夫琅禾费衍射的明、暗纹条件
0 中央明纹中心
a sin
2k 1

2
(k 1,2) 近似明纹中心
(k 1,2) 暗纹中心
k
2、几个重要结论
(1) Δθ0 2θ1 2 λ a λ↑，a↓,条纹宽度越宽。 (2) λ a 0 Δθ0 0 波动光学退化到几何光学。
1、菲涅耳半波带法
2）其他各级明纹 思考（1）：
A

若 a sinθ λ
相消 相消 明or 暗？ P ——明条纹 且属于中央明纹区。 思考（2）：
半波带 θ a
2
O
B
C1
C
f
§4-5-1
a sinθ λ，且 θ P点的位置与亮度？ P O，亮度增加
光单缝夫琅禾费衍射
大学 物理
结 论
1.50λ, 2.50λ, 3.50λ,…
光单缝夫琅禾费衍射
大学 物理
sinα 光强公式： I I 0 α
2
其中
π a sinθ α λ
(大学物理ppt)光的衍射

(大学物理ppt)光的衍射

ax 1 k 3 f 2

0
Δx
(b)当k=3时，光程差 a sin ( 2k 1 ) 7 2 2 狭缝处波阵面可分成7个半波带。
I / I0
相对光强曲线
1
明纹宽度 中央明条纹的角宽 为中央两侧第一暗条 纹之间的区域:
0.017 0.047 0 0.047
0.017
sin
-2(/a) -(/a)
/a
2(/a)
由a sin k
令k=1 半角宽
a

a
衍射屏 透镜
λ

观测屏 x2 x1 Δx Δx
Huygens-Fresnel’s principle
（1） 惠更斯原理：在波的传播过程中，波阵面（波面）（相位 相同的点构成的面）上的每一点都可看作是发射子波（次波）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。
t 时刻波面
· · · · ·
t+t时刻波面
波传播方向
t + t
· ·· · · · · t · · · ·· · ·
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理 圆孔衍射
菲涅尔圆孔衍射
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理 各种孔径的夫琅禾费衍射图样 正三 边形 孔 正四 边形 孔
正六 边形 孔
正八 边形 孔
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理 圆屏衍射 R S 直边衍射 rk
P
菲涅尔圆屏衍射
直边衍射
2、惠更斯—菲涅耳原理
第 4 章 光的衍射
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理
二、单缝的夫琅禾费衍射
三、光学仪器的分辨本领
四、光栅衍射
五、光栅光谱
六、X 射线衍射
大学物理光的衍射

大学物理光的衍射


k1bsin
2
b213000A &
对于 , k1是明纹
则 bsin（2k1）
2
b s in 3 0 0 3， 4 3 3 （ 0A & )是 紫 光
2
.
例1：如图，波长为
的单色平行光垂直照 A
射单缝，若由单缝边
缘发出的光波到达屏
上P、Q、R三点的光
o
程差分别为2、2.5
P
3.5 ，比较P、Q、 R B
.
离得远 可分辨
瑞利判据 刚能分辨
离得太近 不能分辨 小孔（直径D）对两个靠近的遥远的点光源的分辨
.
S1
D
*
0
*
I
S2
最小分辨角
分辨本领
1
1.22 D
R 1 D
1.22
.
D
R
望远镜： 不可选择，可D R
▲ 世界上最大的光学望远镜： D=8m
建在了夏威夷山顶。 ▲世界上最大的射电望远镜：
f
Q
三点的亮度。
R
解题思路：2＝22 第二级暗纹
2.5(221)
2
第二级明纹
2
3.5(231) 第三级明纹
2.
例：在单缝夫朗和费衍射实验中，屏上第3级暗纹 对应的单缝处波面可划分为——6 —个半波带？若 将缝宽缩小一半，原来第3级暗纹处将是明——纹。
例：波长为600nm的单色平行光，垂直入射 到缝宽为b=0.60mm的单缝上，缝后有一焦 距f=60cm的透镜。在透镜焦平面上观察衍射 图样. 则中央明纹宽度为—1— .2m—m。两个第3级暗纹之 间的距离为—3.6—m—m 。
sb
显 示
几何
大学物理课件13光的衍射

大学物理课件13光的衍射

该原理可以解释光的直线传播、反射 、折射等现象，是光学和波动理论中 的重要原理之一。
衍射的几何理论
01
衍射的几何理论是通过几何方法 来研究光波传播的基本规律，包 括光线的传播、反射、折射等。
02
该理论基于几何光学的基本假设 ，即光沿直线传播，且光速不变 。
衍射的波动理论
衍射的波动理论是研究光波在空间中传播的基本规律，包括光波的干涉、衍射等 现象。
波动方程
首先建立光源发出的光波波动方程。
惠更斯-菲涅尔原理
应用惠更斯-菲涅尔原理，分析光波 通过圆孔后的衍射情况。
基尔霍夫衍射理论
应用基尔霍夫衍射理论，推导出圆孔 衍射的数学公式。
公式推导
通过数学推导，得出圆孔衍射的强度 分布公式和衍射条纹的角度分布公式。
05 光的双缝干涉与衍射
双缝干涉与衍射的实验装置
光源
双缝装置
选择单色性好的激光光源，确保光波的相 干性。
设置两个平行且相距一定距离的小缝，用 于产生相干光束。
屏幕
光路调整
放置在双缝装置的后面，用于观察干涉和 衍射条纹。
确保光束垂直照射在双缝上，并使屏幕与 双缝平行。
双缝干涉与衍射的实验结果
干涉条纹
在屏幕上出现明暗相间的干涉条纹，条纹间距与 光波长和双缝间距有关。
单缝衍射的实验结果
中央亮条纹
光通过单缝后，会在屏幕中央形成最亮条纹。
两侧衍射条纹
在中央亮条纹两侧，出现对称的衍射条纹。
条纹宽度与单缝宽度的关系
单缝越窄，条纹越宽，衍射现象越明显。
单缝衍射的数学公式推导
波动理论
01
光波在传播过程中遇到障碍物时，会产生衍射现象。
惠更斯-菲涅尔原理
大学物理第12章光的衍射

大学物理第12章光的衍射

衍射规律
光通过狭缝后，会向四周扩散，形成 衍射现象。衍射图样的形状和大小与 狭缝的宽度和光波长有关。
多缝干涉与衍射的应用
光学仪器设计
干涉和衍射原理被广泛应用于光学仪器设计，如望远镜、显微镜 等，以提高成像质量和分辨率。
物理实验研究
多缝干涉和衍射实验是研究光波性质的重要手段，有助于深入理解 光的波动性和相干性。
光源
圆孔
选择单色光源，如激光， 以产生相干性好的光束。
制作一个具有特定直径 的圆孔，作为衍射的障
碍物。
屏幕
放置在圆孔后方，用于 接收衍射后的光束。
测量工具
测量衍射图案的直径、 形状和强度分布。
圆孔衍射的规律
中央亮斑
通过圆孔衍射形成的中央亮斑是各向同性的，其 直径与圆孔的直径成正比。
衍射角
衍射角与波长和圆孔直径有关，随着波长的增加， 衍射角减小。
该理论可以解释光的干涉、衍射和散射等现象，是光学领域的重要理论之一。
03 单缝衍射
单缝衍射实验装置
01
02
03
光源
使用单色光作为光源，如 激光，以保证光的相干性。
单缝
单缝的宽度决定了衍射的 程度，缝宽越窄，衍射现 象越明显。
屏幕
用于接收衍射光斑，记录 衍通过单缝后，会在屏幕中央形成最亮的光斑。
夜空中星星发出的光在穿过大气层时， 由于大气的密度和温度变化，使得星 光发生衍射，产生了闪烁现象。
02 光的衍射理论
惠更斯-菲涅尔原理
惠更斯-菲涅尔原理是光的衍射理论的基础，它指出波前上的 每一点都可以被视为新的波源，这些波源发出的波在空间中 相互叠加，形成衍射现象。
该原理可以解释光的直线传播、反射和折射等现象，是光学 领域的重要理论之一。
大学物理 光的衍射

大学物理 光的衍射


光栅公式
29
2、斜入射


P
O
Q 相邻两缝的入射光在入射到光栅前已有光程差 (a+b)sin ,光栅公式修改为:
( a b ) sin ( a b ) sin k
30
3、由 (a+b)sin =k 可知
光栅衍射明纹的位置只与（a+b）有关， 与缝的个数N无关。 4、光栅常数（a+b)越小，即狭缝越密，则明纹 间隔越大，条纹越亮，分辨率越高。证明如下：
3
2 10
3
rad
(b) x 0 2 f 1 2 10 (c) x 21
f( 2 a
m 2 mm
3

a
) 1 ( 2 10
1 10
3
) m 1 mm
23
例4：在单缝夫朗禾费衍射实验中，屏上第3级暗 纹对应的单缝处波面可划分为 6 个半波带？若 将缝宽缩小一半，原来第3级暗纹处将是 明 纹 。
sin 7、放在折射率为n的液体中 (a+b) · =k
/n
33
四、 光栅衍射图样特点
单缝衍射 多缝干涉
/a
I
/a
sin sin
/d
光栅衍射
0
2/d
sin
因此，光栅衍射图样本质上是多缝干涉，光 强分布受单缝衍射光强分布调制。
平面的光程差均为半波长 （即位相差为） ，在P 点会聚时将“一一抵消”。
10
若AB面分成 奇数个半波带，出现亮纹
AC a sin 3

2
a
A . .. . C A1 .
A 2.φ B φ P x

大学物理 光的衍射


光栅衍射的实质是光栅衍射图样是每一条单缝 衍射和多缝间衍射光干涉的总效果。
E
L1 S
L2
dA
f
D
L1、L2 透镜 A：光栅E：屏幕 条纹特点：亮、细、疏
中央 明纹
1、衍射条纹的形成 ）各单缝分别同时产生单缝衍射
注意：每一个单缝衍射的图样 和位置都是一样的。
I
）各单缝衍射的平行光产生多光 干涉。显然干涉条纹要受到衍 射光的影响。
m=467(nm)
对应于第4级明纹的衍射方向4，狭缝处的波面能被分成半波带 数目为
a sin4
(2k
1)
2
(2
4
1)
2
9
2
即，可分为9个半波带。
例补：在某个单缝衍射实验中，光源发出的光有两种
波二级长衍射1 和极小2重，合若，求1：的第一级衍射极小与 2 的第
（1）这两种波长有何关系？ （2）在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还
sin
a
半线宽度：中央中心到第一级暗纹的距离。
x1 f tg
中央明纹宽度：
2 x1
f 2f
a
f
a
Y
1级明纹
P1 1级暗纹
O
a
x1 中央明纹 I
f
P2 -1级暗纹
D 焦平面
-1级明纹
3、其他各级明纹宽度（相邻两暗纹间距）
a sink
2k
2
a
sin k 1
2(k
1)
2
sin k
k
a sin2 k22 k2 1、2
1 2
k2 2k1 的各级暗纹均重合。
二、单缝衍射图样的特征 1、中央明纹强度最大。各级明纹的光强度随衍射

大学物理易考知识点光的衍射和干涉现象

大学物理易考知识点光的衍射和干涉现象光的衍射和干涉现象是大学物理中的重要知识点之一。

在学习光学的过程中，了解和掌握这两个现象对于理解光的特性和应用具有重要的作用。

本文将从衍射和干涉的基本概念入手，逐步深入介绍光的衍射和干涉现象的原理、实验现象以及应用领域，以帮助读者全面了解和掌握该知识点。

一、光的衍射现象衍射现象是光通过一个孔或者绕过一个障碍物后产生的一系列干涉、衍射的现象叠加而形成的。

它是光学中的一种特殊光的传播现象。

在描述光的衍射现象时，我们常使用的两个重要概念是波前和波束。

1.1 波前波前是指波动源上的相位相同的点的集合。

在准直光束通过一个圆孔或者一个狭缝时，处在物面上的波前就是入射光的等相位面，可以看作是一个球面。

而当光通过孔或绕过一个障碍物后，波前则变成了以孔或障碍物边缘点为波面球心的球面。

1.2 波束波束是指由入射光经过衍射或干涉后形成的光的集合，也可以理解为一束弯曲的光。

根据衍射程度的不同，波束可以表现出强度分布的变化，形成明暗纹或者彩色光斑。

以上是光的衍射现象的基本概念，接下来我们将介绍一些重要的衍射现象和光学实验。

二、菲涅尔衍射和菲涅尔透射菲涅尔衍射是指光通过狭缝、小孔或者小斑点时，在屏幕上产生明暗相间、辐射状的光斑。

而菲涅尔透射是指光通过透明媒介接触到其他物体表面时也会出现类似的现象。

2.1 菲涅尔衍射菲涅尔衍射的典型实验是通过一条宽度很小的矩形狭缝，在遥远处放置一个屏幕，观察到在屏幕上形成一系列狭缝衍射条纹。

这些条纹是由于光线在通过缝隙后，发生了衍射现象叠加而形成的。

2.2 菲涅尔透射菲涅尔透射是指光通过光学元件（如透镜、棱镜等）后，通过散斑的方式发生了衍射现象。

通过观察透射光的特征，我们可以对光学元件的表面粗糙程度和光学性能有所了解。

接下来我们将介绍光的干涉现象。

三、光的干涉现象干涉现象是指两个或多个波动的光线相遇时产生的光强的相互作用。

干涉现象的产生需要两个条件：首先是波源发出的两个波动光线要干涉；其次是这两个波动的光线要有一定的相位差。

大学物理 衍射1(单缝)

−7
(不可见) 不可见) (不可见) 不可见) (可见) 可见) (可见) 可见) (不可见) 不可见)
17
k = 3, λ3 = 6.0 × 10 m = 600nm;
−7
k = 4, λ4 = 4.7 ×10 −7 m = 470nm; k = 5, λ5 = 3.8 × 10 −7 m = 380nm.
惠更斯 e dS
n
·
Q
θ
r
S
k(θ)dS 2πr Ep = ∫ dE( p) = ∫C cos(ωt − ) S S r λ
3
§23.2 单缝的夫琅禾费衍射
一. 单缝夫琅禾费衍射的光路图 将衍射光束分成一组一组的平行光，每组平行光 将衍射光束分成一组一组的平行光， 与原入射方向的夹角为衍射角θ. 观察屏 E屏幕
S
E A
障碍物
B
接收屏
E
A
距离均为无限远。 远场) 距离均为无限远。(远场)
光源
障碍物
B
接收屏
2
二、惠更斯-费涅耳原理 惠更斯波传到的任何一 点都是子波的波源， 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. 菲涅耳 波的衍射就是波阵面上 dE(p) 连续） （连续）无穷多子波波源 · 发出的波的相干叠加。 发出的波的相干叠加。 p
其中
sin u 2 I = I0 ( ) u
1 I / I0
π a sin θ u = λ
相对光强曲线
0.017 0.047
0.047
0.017
-2(λ /a) -(λ /a) 0 λ /a 2(λ /a)
sinθ θ
角增加时， 当θ角增加时，半波带数增加(asinθ=kλ/2)，未 角增加时 半波带数增加( ) 被抵消的半波带面积减少，所以光强变小. 被抵消的半波带面积减少，所以光强变小.

大学物理课件光学-3光的衍射


单缝上下平移 --- 条纹分布不变.
用单丝代替单缝的衍射情况 --- 不变.
应用
4、讨 论
I
有那些应用？
l0
2
f
a
sin
3
a
2
a
a
0
2 3
aaa
• 测量波长 • 测量细缝宽度 • 测量细丝直径
例
思考：入射光非垂直入射时光程差的计算？
Δ DB BC
b(sin sin)
（中央明纹向下移动）
A
b
D
B
C
Δ BC DA
b(sin sin)
（中央明纹向上移动）
D A
b
C
B
思考: • AC不等于半波长的整数倍时?
• 明纹强度与级次的关系? 宽度
3、明纹宽度
I
相邻两个暗 纹间的宽度
3
a
2
a
a
0
2
aa
近轴条件： sin
sin
3
a
中央明纹
其它明纹
角宽度 线宽度
0
2
a
l0
2
f
a
k
a
lk
f
a
中央明纹
a
X1
L
1
0 0
f
x1
f tg1
f sin1
f
a
2f
l0 2x1 a
其它明纹
x
L
0 f
x暗 f tg
f sin
f k
a
lk
xk1 xk
f ( k 1 k )
a
a
f
a
讨论
4、讨 论

大学普通物理课件第23章-光的衍射


微观粒子波动性探测技术
电子显微镜
电子显微镜是一种利用电子的波动性进行高分辨率成像的技术。在电子显微镜中，电子 束通过电磁透镜聚焦在样品上，经过样品散射后形成衍射图样，最终被探测器接收并转
换为图像。
中子衍射
中子衍射是一种利用中子的波动性探测物质结构的技术。中子与物质相互作用较弱，因 此可以穿透较厚的物质层并产生明显的衍射效应，从而揭示出物质内部的微观结构信息。
一束平行光垂直照射到一 个每厘米刻有5000条刻线 的光栅上，观察屏与光栅 相距2m。求观察到的光谱 中相邻两谱线的距离。
根据光栅衍射公式，相邻两 本题考查了光栅衍射的基
谱线的距离$Delta x =
本公式和应用，需要注意
frac{klambda}{dcostheta} 的是，在实际应用中还需
$，其中k为光谱级数，d为 光栅常数，$theta$为衍射 角。在本题中，k=1， d=1/5000cm，$theta$近
当单色光通过双缝时，在屏幕上出现明暗相间的干涉条纹。 与单缝衍射条纹相比，双缝干涉条纹更加细锐。
原理分析
双缝干涉是光波通过两个相距较近的小孔时发生的干涉现 象，而衍射是光波遇到障碍物时发生的绕射现象。两者产 生的条纹形状和分布规律不同。
圆盘衍射与泊松亮斑
实验装置
激光器、圆盘、屏幕
实验现象
当单色光照射在圆盘上时，在屏幕阴影中心出现一个亮斑，即泊松亮斑。同时，在亮斑周 围出现明暗相间的圆环状衍射条纹。
光栅方程与光谱分析
光栅方程
光栅方程描述了衍射光波干涉后形成的亮条纹位置与光栅常数、入射光波长及 衍射角之间的关系。
光谱分析
利用光栅的分光作用，可将复合光分解为不同波长的单色光，进而对物质进行 光谱分析，如确定物质成分、测量光谱线波长等。

大学物理--第二章--光的衍射---副本资料


-(/d)
0
/d
-(/4d) /4d
sin
2/d
多光束干涉的结果：在几乎黑暗的背景上出现了 一系列又细又亮的明条纹
2. 单缝衍射的影响 透镜
(1). 光强调制
光栅衍射条纹 λ 是多缝干涉被
θ
a
d
θ
θ
单缝衍射调制
后的结果
f
光强曲线
I
I0单 II0单
衍射光相干叠加
I
sin
-2-2(/d) --1(/d) I0单00I单
2. 光学仪器分辩本领 刚可分辨
S1
D
*
0
*
I
S2
不可分辨
重叠区中心光强是艾里斑中心 光强的80％，人眼恰能分辨。
最小分辨角
1
1.22
D
瑞利判据:对于两个等光强的非相干物点,如果其一个
象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘(第一暗纹处),则
此两物点被认为是刚刚可以分辨。
分辨本领 R 1 D 1.22
/d1
2/d 2 sin ( /a)
-2
-1
0
1
2 sin ( /a)
(2). 缺级现象
干涉明纹位置： d sin k，k 0,1,2,
若该方向同时满足单缝衍射暗纹位置，则有：
a sin k ，k 1,2,3,
此时k 级主极大缺级
干涉明纹缺级级次： k d k a
k 1,2,3
K级光栅衍射主极大出现缺级现象
3 P点所在位置为第三级明条纹，
对应缝宽可分为2k+1=7个半波带
§3 光学仪器的分辨本领
1.圆孔的夫琅禾费衍射 相对光
强曲线
衍射屏 L
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(2k 1) / 2 k 2 2.5 5
2
4.在单缝的夫琅禾费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应的
单缝处波面可划分为 6 个半波带，若将缝宽缩小一半，
原来第三级暗纹处将是 第一级明 纹。
单缝衍射明暗条纹满足：
k 暗条纹 k 1, 2,3...
a
sin
(2k
1)
2
明条纹 k 0,1, 2,3...
an
n ， ，即中央明条纹的角宽度减小
（A）P点最亮、Q点次之、R点最暗； （B）Q、R两点亮度相同，P点最暗； （C）P、Q、R三点亮度均相同； （D）Q点最亮、R点次之、P点最暗。
分析：垂直入射，单缝衍射明暗条纹条件
k 暗条纹 k 1, 2,3...
a
sin
(2k
1)
2
明条纹 k 0,1, 2,3...
则光程差满足
k 暗条纹 (2k 1) / 2 明条纹 P点：P 2 暗条纹，且k 2 Q点：Q 2.5 明条纹，且k=2 R点：R 3.5 明条纹，且k=3
f (k 1) f k f
a
a
a
x f
a
可见中央明纹约为其他各级明纹宽度的两倍。
❖ ③影响衍射图样的a和
由暗纹条件： asin k 若λ一定时，
sin 1 ： 缝越窄，衍射越显著，但a不能小于（a小于时 也有衍射，a但此时半波带理论不成立）；缝越宽，衍射越不明显， 条纹向中心靠近，逐渐变成直线传播。
影响衍射图样的有：a和 此题中，两者均没有改变，故衍射条纹 没有变化。
答案选：D
3.用波长为 的单色平行光垂直照射单缝，若屏上的P点
为第2级明条纹位置，则有单缝两边缘发出的光到P点处 的光程差为 2.5 ，从P点看来，对该光波而言,狭缝处的 波阵面可分成的半波带数为 5 个 .
明条纹光程差满足：
衍射屏与光源和接收屏三者之间 均为无限远。
❖单缝夫琅禾费衍射
衍射屏 透镜L
透镜L
B
S
*
a
Aδ f
f
观察屏
·p
0
Байду номын сангаас衍射角:
①衍射图样中明、暗纹公式：
亮纹条件： a sin (2k 1)
2
（近似值）
暗纹条件： a sin 2k k
2
❖ ②单缝衍射条纹特点—条纹宽度
当a 时，1 级暗纹对应的衍射
由暗纹条件： asin k 若a一定时， sin λ越大，衍射越显著，
当白光入射时，中央明纹仍为白色，其他各级由紫至红，一 般第2、3级即开始重叠。
练习35 光的衍射（1）
1.如图所示波长为 的单色平行光垂直照射单缝，若由单缝
边缘发出的光波到达光屏上 P、Q、R三点的光程差分别
为 2, 2.5, 3.5，比较 P、Q、R 三点的亮度，则有：
大学物理 习题练习 光的衍射
光的衍射
• 什么是光的衍射？
波在传播中遇到障碍物，使波面受到限制时，能够绕过障碍物 继续前进的现象。
光通过宽缝时，是沿直线传播的，若将缝的宽度减小到约104m及更 小时，缝后几何阴影区的光屏上将出现衍射条纹。
菲涅耳衍射
衍射屏、光源和接收屏之间（或 二者之一）均为有限远
夫琅禾费衍射
又各级明条纹的光强随级数增大而减小 Q点最亮，R点次之，P点最暗
答案：（D）
❖ 2. 在单缝夫琅和费衍射实验中，将单缝K沿垂直于光的入 射方向稍微平移（但仍未超出凸透镜），则
（A）衍射条纹移动，条纹宽度不变； （B）衍射条纹移动，条纹宽度变动； （C）衍射条纹中心不动，条纹变宽； （D）衍射条纹不动，条纹宽度不变； （E）衍射条纹中心不动，条纹变窄。
第一级暗条纹对应的衍射角0为：sin0 = / a 因sin0很小，可知中央明条纹的角宽度为
20 2sin0 2 / a 1.092102 rad
易得中央明条纹的线宽度为
x=2 f tan0 2 f sin0 5.46103 m
（2）浸入水中，折射率改变，设折射率为n,则波长改变为
=/n 2
f ax 0.25m
6
6.有一单缝宽 a=0.10 mm ，在缝0 后放一焦距为50cm的会
聚透镜，用平行绿光 ( 5460 ) 垂直照射单缝。求位于
透镜焦平面处屏上的中央明条纹的宽度，如果把此装置放 入水中，并设透镜焦距不变，则中央明条纹的角宽度如何 变化？
解：（1）由单缝衍射暗纹条件：asin= k k 1, 2,3...
（1）第三级即k 3，则a sin 3 6
2
（2）a2 0.5a a2 sin 1.5，明条纹，且k 1
5.用波长为5000A°的单色光垂直照射在缝宽为0.25mm 的单缝上，在位于透镜焦平面的屏上，测得中央明条纹 的两侧第3级暗纹之间间距为3.0mm，试求透镜的焦距。
解：由题意，暗条纹满足：asin=k （1） 条纹位置与衍射角满足：xk =f tan （2） 比较小时，有sin tan，此时由（1）（2）式 xk =kf / a 由题意，x=x3 x3 6 f / a
观测屏
角
衍射屏透镜
x2
由
1 sin1
a sin k
得： 1 a
λ
x1
1
0
0
Δx Δx0
I
A. 中央明纹
f
角宽度为
线宽度为
0
21
2
a
x0
2
f
tg1
2
f 1
2
f
a
a
B.其他各级明纹的宽度为相邻暗纹间距
对K级暗纹有
sin k
a
角宽度
s in k
s in k 1
a
a
x xk1 xk f sink1 f sink