菲涅耳原理光的衍射现象显示屏教学文案.ppt

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1、菲涅耳原理光的衍射现象显示屏一、光的衍射现象显示屏几何阴影区几何阴影区sb遇到障碍物时，光偏离了直线传播而到达几何当缝宽缩小到一定程度(0.1mm以下)时，光带增宽并出现明暗相间的条纹一般障碍物的线度比光的波长大很多，衍射现象不容易看到，仍表现为沿直线传播sb§14-10光的衍射现象惠更斯-菲涅耳原理影内的现象，称为光的衍射现象各种衍射现象中央亮点入射光圆盘衍射中央亮点剃须刀片衍射指缝衍射菲涅耳衍射菲涅耳衍射二、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射S光屏光源衍射孔或缝离障碍物的距离为有限远时产生的衍射光源或两者之一光屏夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射透镜L1透镜L2S光源障碍物来自无

2、限远射向无限远光屏障碍物具体实现焦点位置焦面位置下面只讨论夫琅禾费衍射光源和屏离障碍物的距离均为无限远时所产生的衍射产生新子波的波源三、惠更斯-菲涅耳原理——可由某时刻波阵面计算下一时刻某点的振动——可定性解释衍射现象惠更斯提出：介质中波传播到的各点都可以看成菲涅耳补充：该点的振动是这些子波在该点相干、叠加的结果同一波阵面上各点发出的子波传播到空间某点时可解释明暗条纹的形成干涉现象与衍射现象的异同干涉衍射不连续分布光源（或波阵面）产生的相干、叠加结果连续分布的光源（或波阵面）根据惠更斯原理，波阵面S上面积元dS在K()为的函数，为波SdSP波阵面根据惠更斯

3、-菲涅耳原理，P点的振动等于S法向面的所有面积元所引起的振动的叠加P点引起的振动可写为的圆频率，为波长一、单缝衍射装置及衍射图样点光源衍射图样缝光源衍射图样单缝夫琅禾费衍射装置S透镜L1透镜L2点光源单缝衍射图样光屏焦点位置焦面位置yx主光轴方向z§14-11单缝衍射缝光源的单缝衍射及光强分布缝宽bBACOP焦距f透镜L2光屏xz衍射角x光强衍射图样光轴衍射图光强分布垂直于缝长方向xz平面的衍射单缝横截面相位相同的AB面上各点发出的子波射线经透镜后会聚到O点相位仍相同ObABCOPbABxxzz中央亮纹=0衍射角光轴透镜L2透镜L2相位不同的BC面上各点发

4、出的子波射线经透镜后会聚到P点相位差仍等于位于BC面处的相位差二、菲涅耳半波带法1.狭缝上AB面分成两个半波带ABA1等分ACBACbφA1位置P的衍射角为时出现暗条纹相邻两波带发出的光在P点完全相互抵消对应位置在BC面上光程差为/分析单缝衍射条纹分布规律2.ABA2A1对应位置在BC面上光程差为/狭缝上AB面分成三个半波带位置P的衍射角为时出现亮条纹相邻两波带发出的光在P点完全相互抵消三等分ACBACbφA1A2剩余的波带在P点振动叠加若n为偶数BACbφ3.若n为奇数衍射角越大，剩余波带面积越小根据惠更斯-菲涅耳原理，亮纹亮度越低P点出现暗纹成对相

5、互干涉抵消各波带发出的光在P点剩余一个波带在P点振动叠加成对相互干涉抵消n-1个波带发出的光在P点P点出现亮纹屏上光强最大（亮纹中心）的方向由下式决定中央亮纹其他亮纹级次表示亮纹分布在中央亮纹两侧屏上光强最小（暗纹中心）的方向由下式决定暗纹级次表示暗纹分布在中央亮纹两侧三、单缝衍射的条纹分布两第一级暗纹的间距为中央亮纹宽度设透镜的焦距为fIx0Δx01fΔ1Δx1其半角宽度为中央亮纹的线宽度为中央亮纹宽度大约是其他亮纹宽度的两倍Δx1=fsin1-fsin0=级次较高的亮纹宽度近似等于第一级亮纹的宽度Δx1等于同侧第一级暗纹与第二级暗纹之间的距离:若对应

6、某个衍射角AB面不能分成整数个半波带，b固定，入射波长越长，相同级次的衍射角越大单缝衍射特性:波长相同的光入射，b越小衍射越显著单缝缝宽相同时红光蓝光白光屏上对应点亮度介于亮纹中心与暗纹中心之间Ix0l01f△1lx1P0(1)中央亮条纹的宽度，(2)第一级亮纹的宽度。例题14-4单缝衍射实验中，透镜焦距为0.5m，入射光波长为500nm，缝宽0.1mm。求：l0=2fsin0=l0=0.005m=5mm解（1）设x1为第一级暗纹与P0之间的距离，l0=2x1=2ftan0tan0sin0亮纹宽度，则f为透镜焦距，两侧一级暗纹之间的距离为中央Ix

7、0l01f△1lx1P0l=ftan1-ftan0和第二级暗纹之间的距离中央亮纹宽度大约是其他亮纹的两倍l=fsin1-fsin0=fl/b=2.5mm所以tan1sin1很小，同样有（2）第一级亮条纹的宽度l等于第一级暗纹四、单缝衍射图样上光强分布公式在P点振幅相等，两相邻条带子波在P点光程差相同OERAjDN个条带发出的子波在屏上为Aj即圆弧DE的长度中心O处相位差为零合振幅衍射角为j时，狭缝面可等分为N个条带，它们相位差为A和B处两条带的子波在P点的光程差为uI/I0π-π2π3π-2π-3π1.43π-1.43π2.46π3.47π-

8、2.46π