高二物理竞赛光的衍射课件

一、光的衍射1.定义:光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象2.现象:近场衍射屏幕小孔点光源第11章光的衍射（Diffractionoflight）§11.1单缝的夫琅禾费衍射狭缝中观察日光灯屏幕

光源和屏幕均与衍射屏的距离为无穷远(通过透镜实现)的衍射——夫琅和费衍射（远场衍射）——易于准确计算狭缝透镜点光源透镜远场衍射观察屏二、惠更斯——菲涅耳原理波传到的任何一点都是子波的波源，各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。三、夫琅禾费衍射装置*单色光源S

ff

·P缝平面0δ(缝宽):衍射角透镜L透镜LaAB

A→P和B→P的光程差q角相同的衍射光将会聚于屏上同一点

P.P点的明暗，完全取决于此光程差d

的值。四、半波带法

当时，可将缝分为两个“半波带”

A→P和B→P的光程差aθ1′2BA半波带半波带12′两个“半波带”上发的光在P处干涉相消形成暗纹。λ/2半波带半波带狭缝上部狭缝下部两相邻区域对应点发出光线的光程差=

l

/

2时，这些区域称为半波带。

当时，可将缝分成三个“半波带”两两抵消的结果,只留下一个半波带.P处近似为明纹中心aλ/2θBA半波带两两抵消,P处形成暗纹。

当时,可将缝分成四个“半波带”,aλ/2BAθ——暗纹中心——明纹中心一般情况：

——中央明纹中心(所有光线无光程差,最亮)aABP0

衍射线沿入射方向

(q=

0)

,经透镜会聚于P0。∵衍射线间均无光程差∴到达P0的所有光线都相干加强(最亮)

上述暗纹和中央明纹中心位置是准确的，其余明纹中心的位置较上稍有偏离。当条纹级数

k↑，半波带数↑，半波带面积↓,则第k级明纹的光强Ik

↓-2-2asin0.0470.0171I/I00相对光强曲线0.0470.017五.条纹宽度1.中央明纹:λΔxI0x1x2衍射屏透镜观测屏Δx0

f1时，角宽度线宽度——衍射反比定律2.其他明纹(次极大)3.波长对条纹宽度的影响

4.缝宽变化对条纹的影响波长越长，条纹宽度越宽缝宽越小，条纹宽度越宽当时，屏幕是一片“亮”I0sin∴几何光学是波动光学在/a

0时的极限情形只显出单一的明条纹单缝的几何光学像当时，六.干涉和衍射的联系与区别：...§11.3光学仪器的分辨本领（了解）一.透镜的分辨本领1.圆孔的夫琅禾费衍射圆孔孔径为DL衍射屏观察屏中央亮斑(爱里斑)1f相对光强曲线1.22(/D)sin1I/I00爱里斑

D

爱里斑变小2.透镜的分辨本领几何光学:

物点象点物(物点集合)

象(象点集合)(经透镜)波动光学:物点象斑物(物点集合)

象(象斑集合)(经透镜)刚可分辨非相干叠加不可分辨瑞利判据: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。最小分辨角分辨本领不可选择，可显微镜：D不会很大，可望远镜：ID**S1S20贵州省平塘县的500米口径球面射电望远镜一.光栅1.光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。d反射光栅d透射光栅a是透光（或反光）部分的宽度d=a+b

光栅常数b

是不透光(或不反光)部分的宽度3.光栅常数2.种类：§11.2光栅衍射二.光栅衍射1.多光束干涉oP焦距

f缝平面G观察屏透镜L

dsindk=0,1,2,3…光栅方程设每个缝发的光在对应衍射角方向的P点的光振动的振幅为EpP点为主极大时NEpEp明纹(主极大)条件：此时,光栅上下两半宽度内相应的缝发的光到屏上时将都是反相的(原理同半波带法),因而产生相消干涉而形成暗纹.暗纹：例:设光栅最上一条缝和最下一条缝的光程差为λ,即:NdθBA半波带半波带λ/2故可推知,暗纹条件：暗纹间距=相邻主极大间有N－1个暗纹和N－2个次极大。如N=4,有三个极小0/d-(/d)-2(/d)2/dII0sinN=4光强曲线/4d-(/4d)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.光栅衍射(1)各主极大受到单缝衍射的调制(2)为整数比时，会出现缺级

明纹缺级现象衍射暗纹位置：时,，出现缺级干涉明纹缺级级次干涉明纹位置：衍射的影响：干涉条纹各级主极大的强度不再相等，而是受到了衍射的调制。主极大的位置没有变化。sin0I单I0单-2-112(/a)单缝衍射光强曲线IN2I0单048-4-8sin(/d)单缝衍射轮廓线光栅衍射光强曲线sinN2Ｉ04-8-48(/d)多光束干涉光强曲线如：三.光栅光谱根据光栅方程可知，光栅光谱有多级，且是正比光谱0级1级2级-2级-1级(白)3级-3级白光的光栅光谱§11.4X射线的衍射一.X射线(1895年)的产生X射线:10-2102Å

X射线准直缝晶体····劳厄斑证实了X射线的波动性劳厄（Laue）实验（1912）-KAX射线X射线管+ddddsin12晶面ACB二.X射线