大学物理 第四章 惠更斯,单缝,圆孔衍射.ppt

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1、§4.1光的衍射现象惠更斯——菲涅耳原理一．光的衍射现象二．惠更斯——菲涅耳原理§4.2单缝的夫琅禾费衍射一．单缝的夫琅禾费衍射二．单缝的夫琅禾费衍射强度分布§4.3圆孔的夫琅禾费衍射光学仪器的分辨本领一．圆孔的夫琅禾费衍射二．光学仪器的分辨本领作业：4—2、4—3、4—6、4—9第四章光的衍射波在遇到障碍物时，其波线会弯折，发生衍射。例如水波可以绕过闸口，声波可以绕过门窗。光是电磁波,具有波动的一般特性，当光线遇到障碍物也会发生衍射现象.但是，实际生活中发现当光遇到普通大小的物体时，光仅表现出直线传播的性质，为什么呢？这是因为光波波长很短的缘故

2、。实际生活中遇到的物体的大小要比光波长大的多。但当光遇到比其波长大得不多的物体时，就会出现衍射现象。§4.1光的衍射现象惠更斯——菲涅耳原理演示：单缝、圆孔、单丝一．光的衍射现象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特征：光不仅能绕过障碍物传播，而且还能产生明暗相间的条纹根据惠更斯原理能很自然地解释波在障碍物附近发生的衍射现象，但却不能说明光在衍射的同时，为什么会出现明暗相间的条纹。惠更斯原理在波的传播过程中，波阵面（波前）上的每一点都可看作是发射子波的波源(点波源)。在以后的任一时刻，这些子波面的包络面就成为新的波阵面（即实际的波

3、在该时刻的波前）●●●为此菲涅耳发展了惠更斯原理，提出惠更斯——菲涅耳原理对光的衍射现象给出了解释还可以对光的衍射现象进行定量分析二．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。菲涅耳还指出，对于t时刻波阵面上给定面元dS，它在P点的振幅由下式决定t时刻波前★光源●·PdA(p)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。取决于波前上Q点处的强度K():方向因子二．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

4、定了该点波的强度。t时刻波前★光源●·PdA(p)取决于Q点的强度K():方向因子应用惠更斯——菲涅耳原理原则上可解决一般衍射问题，但积分计算是相当复杂的，通常采用菲涅耳半波带法和振幅矢量法。菲涅耳半波带法:它在处理一些有对称性的问题时，既方便，物理图象又清晰。P处波的强度光衍射分类根据障碍物与光源和观察屏之间的距离来分近场衍射（菲涅耳衍射）障碍物与光源或观察屏的距离是有限远时。观察比较方便，但定量计算却很复杂。PRSR远场衍射（夫琅禾费衍射）障碍物与光源和观察屏的距离是无限远时。计算比较简单。物理含义?孔的投影菲涅耳衍射夫琅禾费衍射圆孔的衍

5、射图样随r0的变化（R=∞）：r0很小r0增加r0→∞（光直线传播）r0→∞屏上图形：实验室如何观察夫琅禾费衍射远场衍射（夫琅禾费衍射）：障碍物与光源和观察屏的距离是无限远时。RE1LSR2L光源S位于透镜L1的焦点处观察屏E位于透镜L2的焦平面处§4.2单缝的夫琅禾费衍射一．单缝的夫琅禾费衍射实验装置L1、L2为透镜，平行放置，中心在一条直线上，a为狭缝，狭缝面垂直透镜主轴，E为屏幕，位于L2的焦平面上，将一单色光源S放在L1的焦点处aESL1L2实验结果平行单缝的明暗相间直条纹，条纹关于中央明条纹对称分布，中央明条纹宽而且亮，其它明条纹窄而且

6、亮度弱。EaSL1L2如何解释这些实验规律？●定性解释S因为S放在L1的焦点处，S发出的光经L1后出射平行透镜光轴的平行光，当平行光到达狭缝面时，单缝面为单色平行光波阵面的一部分——单缝波阵面将单缝波阵面沿缝长方向划分为N个窄条面元，每一个窄条面元可视为线光源，发出柱面光波●定性解释根据惠——菲原理，单缝后面空间任一点的光振动是单缝波阵面上窄条子波源发出柱面光波传到该点的相干叠加●S●定性解释●S子波源沿某一方向的波线——衍射线衍射线与单缝面法线的夹角——衍射角显然单缝面上各个子波源沿同一衍射角发射的子波构成一平行光束定性解释S单缝面上各个子波源

7、点沿同一衍射角发射子波构成一平行光束●●●●●具有同一衍射角的平行光经过L2会聚在E上同一点它们来自同一波阵面，为相干光，发生干涉干涉结果（明暗情况）由它们的光程差决定。定性解释单缝面上各个子波源点沿同一衍射角发射子波构成一平行光束S●●●●●何处明条纹？何处为暗条纹？不同衍射角的平行光经过L2会聚在E上不同一点明暗条纹在E上位置与衍射角θ有关。在E上出现明暗相间的条纹，二．单缝的夫琅禾费衍射强度分布规律考虑衍射角为θ的平行光束设A、B为单缝波阵面的上下两边缘，过B作平行光束的垂线，交A发出的光线于C点，然后作平行BC且垂直平行光束的一系列平行平

8、面，平行平面间的距离等于λ/2，显然对于衍射角为θ的平行光束，这些平面是平行光的波面，相邻平面的点的光程差为λ/2●半波带法●另外，单缝