大学物理课件13光的衍射

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1、光的衍射第十三章§13-1光的衍射现象惠更斯-菲涅耳原理§13-2单缝夫朗和费衍射§13-3光学仪器的分辨率§13-4衍射光栅§13-5x射线衍射衍射现象：波偏离直线传播的现象§13-1光的衍射现象惠更斯—菲涅耳原理一、光的衍射现象§13-1光的衍射现象§13-1光的衍射现象二、分类1.菲涅耳衍射:光源和显示屏中的一个或两个与衍射孔(缝)相距为有限远光源显示屏孔(缝)§13-1光的衍射现象2.夫朗和费衍射：光源和显示屏与衍射孔(缝)相距为无限远(入射和衍射光都是平行光,一般通过透镜实现)§13-1光的衍射现象菲涅耳假定：

2、波在传播时，从同一波阵面上各点发出的子波，经传播而在空间某点相遇时，产生相干叠加三、惠更斯－菲涅耳原理----惠更斯－菲涅耳原理§13-1光的衍射现象一、实验装置§13-2单缝夫朗和费衍射§13-2单缝夫朗和费衍射二、衍射图像的分布规律λ2λ2λ2λ2§13-2单缝夫朗和费衍射----菲涅耳波带法(1)BC=asin=2(l/2)----2个波带A0和0B波带上对应点发出的子波到达P点时的位相差为，相互干涉抵消----P点为暗纹(2)BC=asin=3(l/2)----3个波带有一个波带未被抵消----P点为明纹§

3、13-2单缝夫朗和费衍射(3)BC=asin=n(l/2)----n个波带n为偶数：成对干涉抵消----暗纹n为奇数：剩一个波带未被抵消----明纹----明纹----暗纹§13-2单缝夫朗和费衍射(4)asin不等于l/2的整数倍时,光强介于最明与最暗之间(1)中央明纹：两个第一级暗纹中心间的明纹半角宽讨论：线宽度§13-2单缝夫朗和费衍射(2)其它相邻明(暗)纹的间距是中央亮纹宽度的一半(3)l变化则衍射位置变化；l一定时，a越小，衍射作用越明显§13-2单缝夫朗和费衍射(4)中央明区最亮，随级数增大，亮度迅速减

4、小§13-2单缝夫朗和费衍射[例1]单缝衍射实验中，透镜焦距f=0.5m，入射光波长=5000Å，缝宽a=0.1mm。求(1)中央明纹宽度;(2)第一级明纹宽度解：(1)中央明纹宽度§13-2单缝夫朗和费衍射(2)第一级明纹宽度为第一级暗纹和第二级暗纹间的距离§13-2单缝夫朗和费衍射§13-3光学仪器的分辨率一、圆孔的夫朗和费衍射爱里斑第一级暗环衍射角满足§13-3光学仪器的分辨率能分辨二、光学仪器分辨率§13-3光学仪器的分辨率不能分辨恰能分辨爱里斑最小分辨角§13-3光学仪器的分辨率瑞利准则：对光学仪器来说，如果

5、一个点光源衍射图样的中央最亮处刚好与另一个点光源衍射图样的第一个最暗处相重合，则这两个点光源恰好为该仪器所分辨爱里斑分辨率§13-3光学仪器的分辨率§13-3光学仪器的分辨率§13-4衍射光栅一、光栅的结构和用途由许多等宽等间距的狭缝构成类型：透射光栅，反射光栅透射光栅反射光栅§13-4衍射光栅----光栅常数----相邻两缝光线的光程差§13-4衍射光栅二、光栅衍射图样的形成1.光栅的多缝干涉相邻两缝光束间的相位差光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果§13-4衍射光栅设光栅有N条缝讨论：(1)a=2kp此时合振幅最大-

6、---光栅方程----出现明纹(主明纹)§13-4衍射光栅(2)----出现暗纹m的取值：此时围成m个正多边形，合振幅为零§13-4衍射光栅每两个相邻主明纹之间有N-1条暗纹和N-2条次明纹极小:1次明纹:0N=2极小:3次明纹:2N=4极小:5次明纹:4N=6光栅条数越多,暗区越宽,明纹越窄§13-4衍射光栅2.单缝衍射对多缝干涉的影响若在某一衍射角下同时满足多缝干涉极大单缝衍射极小----缺级级数各主极大受单缝衍射的调制，某些位置出现缺级§13-4衍射光栅单缝衍射多缝干涉光栅衍射§13-4衍射光栅§13-4衍射光栅

7、三、光线斜入射相邻两缝光线的光程差斜入射时的光栅方程为§13-4衍射光栅四、光栅光谱复色光入射时，除中央明纹外，不同波长的同级明纹以不同的衍射角出现----光栅光谱一级光谱二级光谱三级光谱§13-4衍射光栅[例2]双缝缝距d=0.40mm,两缝宽度都是a=0.08mm，用波长=4800Å的平行光垂直照射双缝,在双缝后放一焦距f=2.0m的透镜,求:(1)在透镜焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距x;(2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目解：(1)对双缝干涉第k级明纹有§13-4衍射光栅第k级明纹在屏上的位置§

8、13-4衍射光栅(2)即在单缝衍射中央明纹范围内出现双缝干涉明纹的级次为即明纹级数为-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4§13-4衍射光栅[例3]一平面透射光栅，在1mm内刻有500条纹。现用=0.59×10-3mm钠光谱观察。求(1)光线垂直入射时,最多能看到第几级光谱？(2)光线以300角入射时，最多能看