高二物理竞赛光的衍射课件

1§10.3光的衍射一、光的衍射惠更斯菲涅耳原理1.光的衍射现象及分类光在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘继续前进，这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象.缝较大时，光是直线传播的阴影屏幕屏幕缝很小时，衍射现象明显2衍射的分类光源障碍物观测屏SPDLB(1)菲涅耳衍射—近场衍射L和D中至少有一个是有限值。SBP(2)夫琅禾费衍射—远场衍射L和D皆为无限大（也可用透镜实现）PBS32.惠更斯菲涅耳原理

从同一波阵面上各点发出的子波，在传播过程中相遇时，也能相互叠加而产生干涉现象，空间各点波的强度，由各子波在该点的相干叠加所决定.

若取时刻t=0波阵面上各点发出的子波初相为零，则面元dS在P点引起的光振动为：dsnSPθrC：比例常数k()：倾斜因子当

=0，kmax()当

，k()↓当

90o，k()=04

惠更斯-菲涅耳原理解释了波为什么不向后传的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。P点的光振动（惠更斯原理的数学表达）为：积分只要对未被障碍物遮住的部分波前5二、单缝夫琅禾费衍射1.单缝衍射实验S屏幕L1L2K单缝衍射图样的主要规律：(1)中央亮纹最亮,宽度是其他亮纹宽度的两倍;

其他亮纹的宽度相同,亮度逐级下降。(2)缝a越小，条纹越宽。(即衍射越厉害)(3)波长

越大，条纹越宽。(即有色散现象)62.半波带法

只须考虑各子波源所发出的沿同一方向的平行衍射光，衍射光与原入射光方向的夹角（衍射角)变化范围为0→±/2aABfL2L1S0PC△平行衍射光的最大光程差7(1)中央明纹=0→

△=0(2)当△=asin=时,

可将缝分为两个“半波带”11/相消22/相消/2ABa半波带半波带两个半波带发的光在p处干涉相消形成暗纹(3)当△=asin=3/2时,

可将缝分成三个半波带ABa/2剩一个半波带发的光在

P点处叠加为亮纹8结论中央明纹(准确)k=1,2,…暗纹

(准确)k=1,2,…明纹(近似)

半波带法利用较粗糙的分割方式，从而使积分化为有限项的求和。

中央明纹中心和暗纹位置是准确的，其余明纹中心的位置是近似的，与准确值稍有偏离。

对于任意衍射角，单缝不能分成整数个半波带，在屏幕上光强介于最明与最暗之间。93.单缝衍射条纹特点光强分布

各级亮纹强度分布是不均匀的当衍射角增加时,光强的极大值迅速衰减相对光强曲线I/I010.0470.01700.0470.017

因为,↑→△↑,半波带数增加，未被抵消的半波带面积减少,所以

→I↓

(p点光强变小)

另外，当：↑→K()↓

→I↓

10

条纹宽度ABL2f0x1x2I中央明纹的宽度线宽度x0

:两个第一级暗纹间的距离xx01x0

=2x10x11角度宽△0:△0=21衍射的反比律

其他明纹的宽度线宽度△x:角度宽△:12

影响衍射图样的a和的影响

越大，衍射越显著,条纹间距越宽。a的影响

缝越狭，衍射越显著，条纹间距越宽。I0sin只存在中央明文，屏幕是一片亮。13只显出单一的明条纹单缝的几何光学像∴几何光学是波动光学在a>>时的极限情形。14*单缝衍射条纹亮度分布设中央条纹的中心，其光强为I0,衍射角为时，光会聚于屏上P

处，其光强为I，则由惠更斯——菲涅耳原理可得当＝0时，u＝0，I＝I0，中央极大当asin

＝k，k＝±1，±2，±3，…时,

u＝k，I＝0即为暗条纹I/I01015例:一束波长为

=5000Å的平行光垂直照射在一个单缝上。如果所用的单缝的宽度a=0.5mm，缝后紧挨着的薄透镜焦距f=1m，求：(1)中央明条纹的角宽度；(2)中央亮纹的线宽度；(3)第一级与第二级暗纹的距离；解：(1)(2)(3)16例:一束波长为

=5000Å的平行光垂直照射在一个单缝上。a=0.5mm，f=1m,如果在屏幕上离中央亮纹中心