物理老师-下册第17章

大学物理学2015-2016

第一学期张福俊14:071Flashtrackingthekeypointsoflastlecture

牛顿环干涉特点:内疏外密。3、条纹间距：1、明暗相间;2、中心是暗斑：e=0;4、级次由小变大增透膜和增反膜迈克尔逊干涉仪补偿板的作用:

干涉条纹每经过一次十字交丝，薄膜厚度就增大（减少）半个波长。14:0721.现象:*S衍射屏观察屏a一般a<

103

2.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叫光的衍射。17-4-1光的衍射14:073衍射屏观察屏LLS*3.分类：（1）菲涅耳（Fresnel）衍射—

近场衍射（2）夫琅禾费（Fraunhofer）衍射—

远场衍射L和D

中至少有一个是有限值。L和D皆为无限大（可用透镜实现）。光源障碍物观察屏SPDLB*S14:074屏上图形：孔的投影菲涅耳衍射夫琅禾费衍射圆孔的衍射图样：P1P2P3P4SLB14:075单缝夫琅禾费衍射圆孔夫琅禾费衍射矩形孔夫琅禾费衍射14:07617-4-2夫琅禾费单缝衍射单缝夫琅禾费衍射实验装置用菲涅耳半波带法进行研究aPP0ABCasin半波带数：457a1a2a3半波带法SEK为衍射角14:077单缝夫琅禾费衍射明暗条件为由图可分为几个半波带决定了衍射角位置处是亮还是暗。零级极大，中央明条纹暗明aPP0ABCasin明暗纹的位置由衍射角的大小决定！！！半波带的数目：Ｎ不是整数时，光强介于明暗之间。N为奇数为明纹，N为偶数为暗纹14:0781.中央明条纹宽度即为两个第一暗纹间的范围,为中央明条纹的半角宽度讨论半线宽度全角宽度:全线宽度:I0x1x2衍射屏透镜观测屏

f1第一级明条纹的线宽度14:079亮度2.其它明条纹的宽度为中央明纹宽度的一半，角宽度3.明条纹的亮度:中央明纹最亮,两侧显著递减,见图。4.明暗条纹的位置与波长有关,可知复色光明纹会显示色散,形成衍射光谱。5.光缝在原平面内平行移动,屏上条纹分布如何变化。内侧紫,外侧红。14:0710狭缝在原平面内平行移动,屏上条纹分布如何？若光线斜入射，则屏上条纹如何？（在光栅衍射中会用到，请记住！）P衍射角衍射图象不变！衍射图象不变但随斜入射角度增加在屏上平移！思考1：思考2：14:0711

由微分式可看出缝越窄(a越小)条纹分散的越开，衍射现象越明显；反之，条纹向中央靠拢。

当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹，这就是透镜所形成线光源的象,显示了光直线传播的性质。几何光学是波动光学在时的极限情况。l>>a当或时才会出现明显的衍射现象。6.波动光学与几何光学的关系:这一结论，适合任何类型的波——

声波、微波的波长远大于光波波长，∴容易表现其衍射特征。14:0712（N很大）各窄带发的子波在p点振幅近似相等,设为E0，p点的合振幅Ep就是各子波的振幅矢量和的模。透镜fpxxxsin缝平面缝宽aABC0观测屏相邻窄带发的子波到p点的相位差为：将缝等分成N个窄带，每个窄带宽为：单缝衍射的光强分布-定量计算14:0713p点处是多组同方向、同频率、同振幅、初相依次差一个恒量的简谐振动的合成，合成的结果仍为简谐振动。对于中心点o:

=0，Δ

=0，E0……E0

=

NE0对于其他点p：Ep当N

时,N个首尾相接的折线将变为一个圆弧。Ep

<NE0≠0，E0E014:0714令有

又

p点的光强REPE014:0715由(1)主极大（中央明纹中心）位置：(2)极小（暗纹）位置：由可得到以下结果：

这正是最大光程差可以分成偶数个半波带的情形。14:0716(3)次极大位置：满足解得:相应:0

2

--2yy1

=tgy2=-2.46·-1.43·+1.43··+2.460·14:0717sin0.0470.0171I/I00相对光强曲线0.0470.017(4)光强：从中央往外各次极大的光强依次为0.0472I0

，0.0165I0，0.0083I0

…

I次极大

<<I主极大将依次带入光强公式得到14:0718

例题1:有一单缝装置，缝宽a=0.10mm，在缝后放一焦距f=50cm的会聚透镜，用=546.1nm的平行光垂直照射单缝，求位于透镜焦平面处屏上中央明纹的宽度。解:SABE屏f0x中央明纹的半角宽度半线宽度则中央明纹的全线宽度为14:0719例题2：一单色平行光垂直照射于单缝，若其第三级明纹位置正好和波长600nm的单色光入射时的第二级明纹的位置一样，求前一种单色光的波长。解：由单缝衍射明纹条件有：由题意，对于未知单色光，有对于第二个单色光600nm，有14:07201.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爱里斑D

爱里斑变小2.透镜的分辩本领几何光学：物点

象点物(物点集合)

象(象点集合)(

经透镜

)集中了约84%的衍射光能。（Airydisk）相对光强曲线1.22(/D)sin1I/I0017-4-3圆孔衍射、光学仪器的分辨本领14:0721波动光学：物点

象斑物(物点集合)

象(象斑集合)刚可分辨非相干叠加不可分辨

衍射限制了透镜的分辨能力。对于两个等光强的非相干的物点，如果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的。

瑞利判据：(Rayleighcriterion)14:0722小孔（直径D）对两个靠近的遥远的点光源的分辨点光源距离太小符合瑞利判据点光源距离较大14:0723ID**S1S20最小分辨角（angleofminimumresolution）：分辨本领（resolvingpower）：14:07241.显微镜的分辨本领

油浸显微镜、紫外显微镜和电子显微镜具有更高的分辨本领是因所用光波波长短或物方折射率高的缘故。D不会很大，∴电子显微镜分辨本领很高，可观察物质结构。电子λ：0.1A1A（10-210-1nm）14:0725

2.照像机物镜的分辨本领D是物镜的有效孔径

一般对远近不同物体拍摄时，其象距总是和镜头焦距f很接近，类似人眼的原理，物镜恰可分辨的两个象点的最小间距为：▲在正常照明下，人眼瞳孔直径约为3mm，可分辨约9m远处的相距2mm的两个点。▲夜间观看汽车灯，远看是一个亮点，当逐渐移近才看出是两个灯。ID**S1S20y=f·=f(1.22/D)14:0726不可选择，3.望远镜：▲

世界上最大的光学望远镜：

D=8m建在夏威夷山顶，1999年建成▲世界上最大的射电建在波多黎各岛上，能探测射到整个地球表面仅为10-12

W的宇宙射线，也可探测引力波。望远镜：D=305m14:0727例题3:

美国波多黎各阿里西玻谷地的射电(无线电)天文望远镜的物镜孔径为3