第13章光的衍射

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第13章 光的衍射

第13章  光的衍射

所以实际上测定光波波长时,往往不 是使用单缝,而是采用衍射光栅。
一、光栅衍射现象 1、衍射光栅: 由大量等间距、等宽度的平行狭缝所组成的光学元件。 透射光栅:刻痕处为毛玻璃,不透光,宽度为b; 刻痕之间的玻璃为透光部分,相当于狭缝,宽度为 a 。
光栅常数:
总缝数为:
d ab N
103 ~ 104 / cm d 105 ~ 106 m
k
ab
10
故: k 9 max
0,1,2,3,5,6,7,9
共15条条纹。
例8:两光谱线波长分别为和,其中,试证明:它们在同 一级光栅光谱中的角距离

蓝光,第四级明纹,半波带数:
例4:在单缝夫琅和费衍射中,将单缝宽度 a稍稍变宽,同时使单 缝沿 y轴正方向作微小移动,则屏幕上中央明纹将: A)变窄,上移;B)变窄,下移;
C)变窄,不移; D)变宽,不移
选C)
§ 13-3 衍射光栅
从上节的讨论可知,原则上可以利用单色光通过单缝时所产生 的衍射条纹来测定该单色光的波长。但为了测量的准确,要求衍射 条纹必须分得很开,条纹既细且明亮。 然而对单缝衍射来说,这两个要求难以同时达到: 若要条纹分得开,单缝的宽度a就 要很小,这样通过单缝的光能量 就少,以致条纹不够明亮且难以 看清楚; 反之,若加大缝宽a,虽然观 察到的条纹较明亮,但条纹 间距变小,不容易分辨。
注:对任意衍射角,AB不能恰好分成整数个半波带,即AC不一定等 于半个波长的整数倍,则这些衍射光线经过透镜会聚后,在屏幕上 光强介于最明和最暗之间,于是在屏幕上出现光强的连续分布。
条纹特点
1)中央明条纹宽度为其他各级条纹宽度的两倍,亮度最亮。
角宽度:
2 0 21 2 sin

人教版选修34第13章第5节 光的衍射 课件 (共15张PPT)

人教版选修34第13章第5节 光的衍射 课件 (共15张PPT)
光在传播过程中,遇到障碍 物或小孔时,光将偏离直线传 播的方向而绕到障碍物到达阴 影区域的现象。
1.单缝衍射
单色光的衍射图样:中间亮纹较宽较亮、两边: 对称的明暗相间条纹,亮条纹强度向两边逐渐 较快减弱。
波长一定时,单缝窄的中央亮纹越宽,条 纹间距越大 单缝不变时,光波的波长越长,中央亮纹 越宽,条纹间距越大
间距越小
单缝宽度越小,条纹间Leabharlann 越大 (单色光)波长越小,条纹
间距越小
单色光形成明暗条纹,白光 单色光形成明暗条纹,白光
形成彩色条纹
形成彩色条纹
2、实际衍射现象可以看做很多子波源的干涉(惠更斯 原理)
三、 衍射光栅 透射光棚:在玻璃片上刻有许多等宽而又间距
相等的平行刻痕,刻痕产生漫反射而不太透光,未刻 的部分相当于透光的狭缝,一般每毫米有几十到几千个 狭缝。
第十三章 光
第五节 光的衍射
复习回顾:
• 1、什么是波的衍射现象? • 波饶过障碍物继续向前传播的现象
• 2、发生明显衍射的条件? • 障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多
水波的衍射:
• 既然光是一种波,为什么我们日常 生活中观察不到光的衍射现象,而 常常看到的是光沿着直线传播的 呢?
一.光的衍射现象
反射光栅:在高反射率的金属上刻痕.
N=1
N=2
N=3
N=4
谢谢
钢针的 衍射
圆孔 衍射
圆屏 衍射
衍射屏(障碍物)
衍射现象
二、干涉条纹与衍射条纹的区别
1、干涉:等距的明暗相间的条纹,亮条纹的 亮度向两边减弱较慢。
衍射:中央有一条较宽亮条纹,两边是对称明 暗相间的条纹,亮条纹的亮度向两边减弱得很快。
(双缝)干涉图样

工程科技光的衍射课件

工程科技光的衍射课件
由半波带法可得明暗条件:
a sin k,k 1,2,3… ——暗纹 a sin (2k 1) , k 1,2,3…
2 ——明纹(中心)
a sin 0
——中央明纹(中心)
单缝的夫琅禾费衍射
3.3 衍射图样
衍射图样中各级条纹的相对光强如图所示.
相对光强曲线
1 I / I0
I
I0
sin2 u2
第13章: 光的衍射作业
作业: 13-2 13-3 13-4
作业: 13-5 13-11 13-13
0 1.22(/D) sin D sin1 1.22
爱里斑
D
爱里斑变小
相对光强曲线
圆孔的夫琅禾费衍射
2. 光学仪器的分辩本领
两种方法成像
(经透镜)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
几何光学:
物点 象点 物(物点集合) 象(象点集合)
波动光学:
(经透镜) 物点 象斑
物(物点集合) 象(象斑集合)
很远处相隔很近的两个物点象斑有可能重叠, 从而可能分辨不清这两个物点。
: 掠射角
••••
••••
d
• 不同晶面间散射光的干涉
1 2
• • d •• •• •• ••
AC CB 2d sin
散射光干涉加强条件:
2d sin k (k 1,2,) — 布喇格公式
X 射线的衍射
4. 衍射应用 • 已知、 可测d — X射线晶体结构分析。
• 已知、d可测 — X射线光谱分析。
u
,
u a sin
0.017 0.047
0.047 0.017
-2( /a) -( /a) 0 /a 2( /a) sin

高中物理 第十三章光的衍射

高中物理 第十三章光的衍射

14
各半波带的面积相等,各波带上的子波源的数目也相等。所以相邻两带在P点
振动的贡献相互削弱,即为相消干涉。
A
A1
a
A2
A3
B

2
P

O f
故在给定的衍射角中,若BC刚好截成偶数 则P点为相消干涉而出现暗纹;
个半波带,
则P点为相长干涉而出现亮纹(多余的一个半
若BC刚好截成奇数个半波带,
波带不能被抵消);
平行衍射光在焦平面上相干汇聚
每一束平行光经透镜L2汇聚后,聚焦于L2焦平面上的一点。 对同一束平行光而言,它们来自同一波前上的各个子波,因 此满足相干条件。
12
每一束平行光都在光屏上进行相干叠加,其相干叠加后的振幅, 则由他们的光程差决定。
显然,对于 =0的一束,其中每条光线的光程都相等,因而叠 加结果相互加强,即为中央亮纹。
一、单缝夫琅禾费衍射
1、装置和现象
E
L1
L2
S
a A
Df
L1、 L2 缝宽a
透镜 A:单缝
E:屏幕
缝屏距D(L2之焦距f)
中央 明纹
9
夫朗禾费单缝衍射图样是一组与狭缝平行的明暗相间的条纹,其中中央条纹 最亮最宽。
10
2、惠更斯-菲涅耳原理分析衍射过程
平行衍射光的获得
设平行入射光垂直投射到缝K上,其波前与 缝平面AB重合。按惠更斯原理,波前上的每 一点都可看成发射球形子波的波源,而每个 子波源都可以向前方各个方向发出无穷多束 光线,统称为衍射光,如图中A点的1,2, 3…光线都是衍射光线。
O
每个子波源所发出的沿同一方向的平行光构 成了一束平行衍射光。
如光线系1,光线系2,…等构成无穷多束 平行衍射光。

2019高中物理第十三章第56节光的衍射光的偏振讲义含解析新人教版选修3_4

2019高中物理第十三章第56节光的衍射光的偏振讲义含解析新人教版选修3_4

光的衍射光的偏振一、光和衍射┄┄┄┄┄┄┄┄①1.光的衍射现象(1)概念:光在传播过程中,遇到障碍物或小孔时,光没有沿直线传播,而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。

(2)典型衍射及现象①单缝衍射:单色光通过狭缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹,中央为亮条纹,中央条纹最宽最亮,其余条纹变窄变暗;白光通过狭缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白条纹;②圆孔衍射:光通过小孔(孔很小)时在屏幕上会出现明暗相间的圆环;③泊松亮斑:各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓模糊不清。

若在单色光传播途中,放一个较小的圆形障碍物,会发现在阴影的中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑。

2.产生明显衍射现象的条件在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还要小的时候,就会出现明显的衍射现象。

3.光的衍射现象和光的直线传播的关系光的直线传播只是一个近似的规律,当光的波长比障碍物或小孔小得多时,光可以看成沿直线传播;在孔或障碍物尺寸可以跟波长相比,甚至比波长还要小时,衍射现象就十分明显。

4.衍射光栅(1)衍射光栅的结构:由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器。

(2)衍射图样的特点:与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。

(3)衍射光栅的种类:反射光栅、透射光栅。

[说明](1)对于单缝衍射:缝越窄,中央亮条纹越宽,条纹间距越大,衍射现象越明显。

(2)衍射是波特有的一种现象。

①[判一判]1.白光通过盛水的玻璃杯,在适当的角度,可看到彩色光,是光的衍射现象(×)2.菜汤上的油花呈现彩色,是光的折射现象(×)3.隔着帐幔看远处的灯,看到灯周围辐射彩色的光芒,是光的干涉现象(×)4.衍射光栅的图样与单缝衍射相比,衍射条纹的亮度增加,宽度变宽(×)二、光的偏振┄┄┄┄┄┄┄┄②1.偏振现象(1)自然光:由太阳、电灯等普通光源发出的光,它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同。

第十三章 光的衍射

第十三章 光的衍射

衍射条纹的光强计算公式
§13-1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理
一 有关光的衍射现象的基本概念
1.光的衍射现象
光在传播过程中遇到障碍物时,将偏离直线方向传播,并产生 光强的重新分布的现象,称为光的衍射现象 2.光衍射现象的分类 菲涅耳衍射:障碍物距光源或观察屏为有限远时的衍射现象
称为菲涅耳衍射。
2
称为单缝衍射因子
2
sin N sin
称为多光束干涉因子
2.衍射光线的空间位置计算
衍射光线明暗条纹的位置仍由N条狭缝光线的干涉与每一条缝 的衍射两个因素决定 (1).干涉因子对谱线位置的影响 因
sin N I Ii sin
2
讨论:A.由干涉因子决定的主极大位置 当
I 0
即此时,P点光谱的光强取得极小值,对应谱线为暗条
纹。N愈大,相同衍射角区域出现暗条纹数目愈多,条纹愈细
由取得暗线的条件可知,在两条主极大谱线间,有N-1条 暗谱线。 C.次极大谱线 当 sin N 0
sin 0 时,有
-2/d -/d 0 (sinN/sin)2 N=6
C D E 2 B 2 asin
2. 明暗条纹的位置 暗条纹 a sin 2m 2 明条纹
m 1,2,3 m 0,1,2,3
a sin ( 2m 1) 2
m=0的明条纹称为中央明条纹 3.光的强度分布 当条纹级别(m值)增大, 光强减小 绝大部分光的能量都集
1 10 34
2 30 8
(2).对10000条/厘米的光栅
d 2 1 / 10000 104 cm
1 330 6
sin2 1 (不存在)

第十三章 光的衍射

第十三章 光的衍射

每个半波带的面积减小,所占的能量减少,
即光强变小。
·
(3) 条纹到中心0的距离x
x f tan φ f sin φ fφ
(4)当缝极细时, 中央明纹 的两端延伸到很远的地方, 看不到单缝衍射的条纹.
(5)若a< ,则 sin=/a >1 ,以上的
理论分析不成立
例题13-1 用波长500nm的单色光照射单缝,观察到 第一级暗纹发生在衍射角30°的方位上,求 (1)狭 缝的宽度, (2)如单缝宽度0.4mm, 入射光波长保持不 变,在焦距0.8mm的透镜焦平面处的屏上观察到的 中央明纹的宽度是多少?
件, 又满足单缝衍射的暗纹条件, 这些明纹将 消失, 这一现象称为缺级 (order missing)
(a b) sin φ kλ a sin φ kλ
则缺级的级数k为
k a b k a
k 1,2,3,
光栅方程只表示在给定衍射角方 说明 向出现主极大值中心的必要条件.
φ
φ
§13.3 光栅衍射
光栅:大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件
光栅方程
1.光栅方程 光栅衍射是多缝干涉效应. 若干平行的狭缝
所分割的波阵面具有相同的面积. 各狭缝上的 子波波源一一对应, 且满足相干条件
相邻狭缝对应点在衍射角 方向上的光程差
满足: (a+b)sin = ± k k= 0, 1, 2, 3 ···
第十三章 光的衍射
§13.1光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理
荷兰印象派画家梵高的作品
衍射现象
一、光的衍射现象及分类
1.光的衍射现象
当光遇到小的障碍物(小孔、窄缝)时, 出现 偏离直线传播而进入几何阴影区, 并在屏幕上出 现光强不均匀的分布的现象. 说明光是波.

高中物理人教版(选修3-4)第十三章光第5节光的衍射+课件(共30张PPT)

高中物理人教版(选修3-4)第十三章光第5节光的衍射+课件(共30张PPT)

巩固练习
5.关于衍射下列说法正确的是( ABD )
A.衍射现象中衍射花样有亮暗条纹的出现是光的叠加 的结果 B.双缝干涉中也存在着光的衍射现象 C.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 D.一切波都可以产生衍射
巩固练习
6.如下图所示,是用游标卡尺两测脚间的狭缝观察日 光灯光源时所看到的四个现象。当游标卡尺两测脚间 的狭缝宽度从0.8mm逐渐变小时,所看到的四个图像的
11、一个好的教师,是一个懂得心理学和教育学的人。2021/7/262021/7/262021/7/26Jul-2126-Jul-21
12、要记住,你不仅是教课的教师,也是学生的教育者,生活的导师和道德的引路人。2021/7/262021/7/262021/7/26Monday, July 26, 2021
9、要学生做的事,教职员躬亲共做 ;要学 生学的 知识, 教职员 躬亲共 学;要 学生守 的规则 ,教职 员躬亲 共守。2 021/7 /2620 21/7/ 26Mon day, July 26, 2021
10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2021/7/262021/7/262021/7/267/26/2021 2:34:52 AM
水波、声波都会发生衍射现 象,它们发生衍射的现象特 征是什么?条件是什么?
新课内容
一、光的衍射现象
如何才能观察到光的衍射现象呢? 波长很短:400nm--700nm
取一个不透光的屏,

在它的中间装上一个

宽度可以调节的狭缝,

用平行的单色光照射,
在缝后适当距离处放
一个像屏。
新课内容
一、光的衍射现象
17、儿童是中心,教育的措施便围绕他们而组织起来。2021/7/262021/7/262021/7/262021/7/26

第13章光的衍射

第13章光的衍射


0
λ

asin
0
二、光栅衍射规律


P
d
a
f
(a b) sin
综合: 1. 多缝干涉——N个缝的光相干叠加 2. 单缝衍射——N套单缝衍射条纹在屏上完全重合
I = N 2 I0
I0单
(a+b)sin
-2λ

0
λ
2λ asin
多缝干涉光强要受单缝衍射光强的调制
1. 多缝干涉——N个缝的光相干叠加
d ab
105 ~ 106 m
透射光栅规律


P
d
a
f
(a b) sin
分析:多缝干涉——N个缝的光相干叠加
I = N 2 I0
(a+b)sin
二、光栅衍射规律


P
d
a
f
(a b) sin
分析:单缝衍射——N套单缝衍射条纹在屏上完全重合
I0单
-2λ
越大,AC a sin 越大,AB之间可分的波带数越多,
对同样缝宽a,每个波带面积就越小,透过光强越少,对应 明纹光强也越小。
3. 明(暗)条纹位置及条纹间距
(1)明(暗)纹位置
明纹: a sin ( 2k 1) 暗纹:a sin 2k
最大光程差: AC a sin

结论: a 减小,衍射角 增大,条纹变宽,衍射效果越明显。
讨论
缝宽 a 对条纹的影响(k、 λ一定)
结论: a 减小,衍射角 增大,条纹变宽,衍射效果越明显。
讨论
波长 λ 对条纹的影响(k、a一定) 明纹: a sin 2k 1) , k 1, 2, ( 2

13光的衍射

13光的衍射
2.双缝干涉和单缝衍射都是光波叠加的结果,都是波特有 的现象,都有明暗相间的条纹。 3.衍射在任何条件下都可以发生,但发生明显衍射则必须 满足一定的条件。而干涉必须有相干光源。 4.一般现象中既有干涉又有衍射。
六.多缝衍射的应用—衍射光栅
1、许多等宽度、等间距的单缝构成光学元件
2、光栅条纹特点:宽度变窄,亮度增加
③白光的单缝衍射条纹中央是白色亮纹,两侧为彩色 条纹.
二.圆孔衍射
光通过小孔(小到一定程度)在屏上会出现: 中间亮圆的亮度大,周围是明暗相间的圆环,且亮度小
这些圆环达到的范围远远超过根据光的直线传播所应照明的面积。
二.圆孔衍射
思考与讨论:将一个大的不透明障碍物上的正 三角形孔从边长10cm逐渐减小到零,让阳光 从孔中通过,在障碍板后暗箱中的屏上可看 到怎样的现象?
四.发生明显衍射现象的条件
在障碍物的尺寸跟光的波长差不多甚至比光的波长还 要小的时候衍射现象就十分明显,不能说光沿直线传播
光在没有障碍物的同种均匀介质中是沿直线传播的。 或在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况象
五.光的干涉和光的衍射的比较
红光
1.双缝干涉图样特点:明暗相间、等间距,亮度基本相等 单缝衍射图象特点:明暗相间、不等距,中间较宽较亮, 两边对称亮度渐减弱
一.单缝衍射
1.单色光衍射图样的特点:
①中间亮纹亮而宽。 ②两侧:对称的明暗相间条纹, ③亮纹宽度:向两边渐变窄 ④亮条纹强度:向两边逐渐较快减弱
观察下列衍射图样,分析衍射规律:
2.衍射图样的相关因素
a表示单缝宽度
①波长一定时,单缝窄的中央条纹宽,各条纹间距大.
②缝宽一定时,光波波长长的(红光)中央亮纹越宽, 条纹间隔越大.
3、制作:在很平的玻璃上用金刚石刻出一系列等距 的平行刻痕,刻痕产生漫反射而不透光,未刻的部分 相当于透光的狭缝。

第十三章 光的衍射-PPT精品文档

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空间域中研究 空间频谱域中研究
第一节:光波的标量衍射理论
一、惠更斯原理 1、波阵面的形成 2、波面的传播方向 二、、惠更斯-菲涅尔原理 波前外任一点的光振动应该是波面上所有子波相干叠加的结果。
Z Q

因单色点光源S对空间任一点P的作 用,以波面 上各点发出的的子波 在P点的相干叠加的结果替代。设S 在波面 ' 上任一点Q产生的复振幅为
2)光波的复振幅发生了不均匀的变化 3、衍射系统图
衍射屏(障碍物) 衍射图样 观察屏
入射光波
4、衍射三要素:入射光波、衍射屏、衍射图样。 衍射屏:导致衍射发生的障碍物,即能改变光波波面复振 幅分布的屏。用复振幅透射系数来表征其特征。 导致衍射发生的障碍物即衍射屏的特性可用复振幅透射系数 t(x1,y1) 表示:
~ ~ E x , y E x , y t x , y 1 1 0 1 1 1 1
5、衍射研究的问题:
照明光场、衍射屏特性
观察屏上的衍射光场分布。
照明光场分布。 设计、制造衍射屏。
衍射屏、观察屏上衍射光场的分布 照明光场、要求的衍射光场分布
关键问题:从一个面上的光场分布求取传播到另一个面上时的 分布。
概述: 1、衍射现象
2、衍射实验
结论:光波偏离直线传播进入几何影区,影区边缘出现强度的强 弱分布。
1、衍射的定义
光波在传播过程中遇到障碍物时,会偏离原来的传播方向弯入 障碍物的几何影区内,并在几何影区和几何照明区内形成亮暗 相间的条纹,这种现象称为光的衍射。
2、发生衍射的原因
1)波面发生了破损
第十三章
光的衍射
13.1 光波的标量衍射理论
13.2 典型孔径的夫琅和费衍射

人教版高中物理选修3-4课件 13 光的衍射课件

人教版高中物理选修3-4课件 13 光的衍射课件

不只是狭缝、圆孔和圆盘,各种不同形状的物体都能使光发生 衍射,以至使影的轮廓模糊不清,其原因是光通过物体的边缘而发生 衍射的结果.
想一想:
为什么我们说光沿直线传播是有条件的?
我们通常所说“光沿直线传播”只是一种特殊情况,光在没有 障碍物的均匀介质中是沿直线传播的。
考虑到光的衍射,则只有在障碍物的尺寸比光的波长大得多的 情况下,光才可以看作是沿直线传播的。
单色光形成明暗条纹, 白光形成彩色条纹
三、圆孔衍射
1、孔较大时——
A S
光沿直线传播
屏上出现光斑, 但边缘有些模糊.
光的衍射
B
三、圆孔衍射
2、孔减小时——
A S
光沿直线传播
屏上出现光源倒立的像
小孔成像
B
三、圆孔衍射
3、孔较小时——
光的衍射
屏上出现衍射图板上,板上有可以自由收缩的正方形
二、光的双缝干涉与单缝衍射的比较
种类 项目
单缝衍射
双缝干涉
产生 障碍物或孔的尺寸比波 频率、振动方向相同,相位差
条件 长小或跟波长差不多 恒定的两列光波相遇叠加
不 同
条纹 宽度
条纹宽度不等,中央最宽
条纹宽度相等

条纹 各相邻条纹间距不等,越 间距 靠外条纹间距越小
各相邻条纹等间距
亮度 中间条纹最亮,两边变暗 清晰条纹,亮度基本相等
孔,孔的后面放置一个光屏,在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中,光
屏上依次可以看到几种不同的现象,试把下列现象依次排列:
A.圆形光斑
B.明暗相间的彩色条纹 C.变暗消失
答案:
D.正方形光斑 E.正方形光斑由大变小
D→E→A→B→C

最新人教版高中物理选修3-4第十三章《光的衍射》教材梳理

最新人教版高中物理选修3-4第十三章《光的衍射》教材梳理

疱丁巧解牛知识·巧学一、光的衍射1.衍射现象波能够绕过障碍物而到达“阴影”区域的现象.2.产生明显衍射现象的条件障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多.深化升华一切波在遇到障碍物或孔时,都可以发生衍射,要注意区分发生衍射和产生明显衍射现象的区分.3.三种不同的衍射现象(1)单缝衍射①单缝衍射:如图13-5-1所示,点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上,若缝较宽,则光沿直线传播,传播到光屏上的AB区域;若缝足够窄,则光的传播不再沿直线传播,而是传到几何阴影区,在AA′、BB′区还出现亮暗相间的条纹,即发生衍射现象.图13-5-1要点提示衍射是波特有的一种现象,只是有的明显,有的不明显而已,“闻其声不见其人”就是声波衍射的原因.②特点:a.缝变窄时,光有了明显的衍射现象,光所照射的区域变大,由于通过缝的光能少了,因此条纹的亮度会降低.b.在衍射现象中,中央亮条纹与邻边的亮条纹相比有明显的不同,中央亮条纹不仅亮度大,宽度也大.要点提示用单色光照射单缝时,光屏上出现亮、暗相间的衍射条纹,中央条纹宽度大,亮度也大,与干涉条纹有区别.深化升华用白光照射单缝时,中间是白色亮条纹,两边是彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,最远离中央的是红光.(2)圆孔衍射如图13-5-2所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图中甲所示的情形,无衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图中乙所示的衍射图样,出现亮、暗相间的圆环.图13-5-2特点:衍射图样中,中央亮圆的亮度大,外面是亮、暗相间的圆环,但外围亮环的亮度小.深化升华(1)单色光照射时,中央为亮圆,外面是亮度越来越暗的亮环;(2)白光照射时,中央亮圆为白色,周围是彩色圆环.(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象在1818年,法国物理学家菲涅耳提出波动理论时,著名的数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出圆板后的中央应出现一个亮斑,这看起来是一个荒谬的结论,于是在同年,泊松在巴黎科学院宣称他推翻了菲涅耳的波动理论,并把这一结果当作菲涅耳的谬误提了出来,但有人做了相应的实验,发现在圆板阴影的中央确实出现了一个亮斑,这充分证明了菲涅耳理论的正确性,后人把这个亮斑就叫泊松亮斑.各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射,使影的轮廓模糊不清,若单色光传播途中,放一个较小的圆形障碍物,会发现在阴影中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑.辨析比较白光的衍射和单色光的衍射的区别白光的衍射条纹为中央亮而宽外侧暗而窄,靠近光源的外侧为彩色条纹,且外侧呈红色,靠近光源的内侧为紫色,条纹间距不等.而单色光的衍射条纹为中央亮而宽外侧暗而窄,条纹间距不等.因可见光中红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,各色光的波长不同,在发生衍射时的条纹间距也各不相同,对同样的障碍物或孔的尺寸,红光波长最长,产生的衍射条纹间距最大,紫光波长最小,产生的衍射条纹间距最小,所以红光在外侧而紫光在内侧.4.衍射现象的分析(1)用单色光照射狭缝,在狭缝较宽时,屏上出现一段亮条纹,且缝越窄,亮条纹也越窄,因为此时狭缝宽度比波长大很多,光是沿直线传播的;当狭缝很窄时,屏中央出现一条比狭缝宽度大很多的亮条纹,两侧的亮条纹离中央亮条纹更远,产生了明显的衍射现象.(2)用单色光照射小孔,随着圆孔的减小,屏上先后出现的是:圆形亮斑→光源倒立的像(小孔成像)→明暗相间的圆环(衍射图样).(3)衍射条纹的产生,实质上是光波发生干涉的结果,即相干波叠加的结果.当光源发出的光照射到小孔或障碍物上时,小孔处看作有许多点光源,障碍物的边缘也要看成许多点光源(惠更斯原理).这些点光源是相干光源,发出的光相干涉,在光屏上形成亮暗相间的条纹.5.光的干涉和光的衍射的比较(1)双缝干涉和单缝衍射都是波叠加的结果,只是干涉条纹是有限的几束光的叠加,而衍射条纹可认为是极多且复杂的相干光的叠加.(2)单缝衍射时,照射光的波长越长,中央亮纹越宽,衍射和干涉都能使白光分色,且中央白光的边缘均呈红色.(3)干涉和衍射的图样有相似之处,都是亮暗相间的条纹,只是干涉条纹中各条纹宽度和亮纹亮度基本相同,衍射条纹中各条纹宽度和亮纹亮度均不等,中央亮纹最宽最亮.辨析比较单缝衍射与双缝干涉现象都有明暗相间的条纹,它们有以下相同点与不同点:知识点一光的衍射及发生明显衍射的条件例1在单缝衍射实验中,下列说法中正确的是()A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽解析:当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越大;光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽.故选项A、C、D正确.答案:ACD方法归纳通过光屏观察衍射条纹与用眼睛直接观察衍射条纹的情况是有所不同的.单缝到屏的距离增大时,屏上条纹间距变大,亮度变弱,条纹数目不变(屏足够大);如果用眼睛直接观察,眼睛必须靠近单缝,当略微增大眼睛与单缝距离时,观察到的条纹间距也会略大,而条纹数目将减少,因为眼睛的受光面很小(相当于光屏很小),所以当眼睛与单缝的距离过大时,就观察不到衍射条纹.例2某同学把卡尺间的窄缝调节到0.5 mm去观察某一线光源,看到了彩色条纹.他把缝的宽度增加到0.8 mm,再观察同一光源,看到的现象是但亮度增大.若他把缝的宽度减小到0.2 mm,则看到的现象是_____________________________________.这说明在衍射现象中,衍射图样条纹的宽度及亮度与______________有关,当其_____________时,衍射现象更为明显.解析:当窄缝宽度变窄时,它和光波的波长越接近,衍射现象越明显,同时通过窄缝的光能越少,到达光屏上的宽度越宽,亮度就越弱.答案:彩色条纹变窄彩色条纹变宽但亮度减弱单缝宽度变窄知识点二波的衍射与其他现象的比较研究例3如图13-5-3所示,A、B两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图象,其中图A是光的_________________(填“干涉”或“衍射”)图象.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径_________________(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径.图13-5-3解析:A中出现明暗相间的条纹,是衍射现象,只有障碍物或孔的尺寸和光波波长相差不多时,才能发生明显的衍射现象.图A是光的衍射图样,由于光波波长很短,约在10-7的数量级上,所以图A对应的圆孔的孔径比图B所对应的圆孔的孔径小.图B的形成可以用光的直线传播解释.答案:衍射小于巧解提示光发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸和光波波长相差不多,而当障碍物或孔的尺寸比光波波长大得多时,衍射现象不明显.例4声波比光波容易产生明显的衍射,原因是()A.声波是纵波,光波是横波B.声波是机械波,光波是电磁波C.一般障碍物尺寸跟声波波长相近而比光波波长大得太多D.声波必须通过介质传播,而光波可以在真空中传播解析:产生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸能与波长相近,声波的波长比光波的波长大,与一般障碍物尺寸相近,容易满足衍射条件,因而容易产生明显的衍射.正确答案选C项.答案:C方法归纳能观察到明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸能跟光的波长相比甚至比光的波长还要小,由于可见光的波长一般为数千埃,比普通障碍物尺寸小得多,所以光波的衍射现象观察起来稍难一些.例5用一单色光源垂直照射带有圆孔的不透明光屏,下列几种情况中,在小孔后面的光屏上各看到什么现象?(1)小孔的直径为1 cm;(2)小孔的直径为1 mm;(3)小孔的直径为0.5 μm.解析:小孔的直径大小决定屏上现象.当孔的直径较大,比光的波长大的多,此时光的衍射极不明显,光沿直线传播;当孔的直径很小,可以与光波的波长相差不多时,光的衍射现象明显.答案:(1)当圆孔的直径为1 cm时,在光屏上只能看到与圆孔形状相同的亮斑.这是光沿直线传播的结果.(2)当圆孔的直径为1 mm时,在光屏上能看到单色光源倒立的像,这是小孔成像,也是光沿直线传播的结果.(3)当圆孔的直径为0.5 μm时,在光屏上能看到明暗相间的圆环.这是由于小孔尺寸与光波的波长差不多,光发生衍射的结果.巧解提示我们在观察光的衍射实验时,当缝(或孔)的线度逐渐变小时,在光屏上可以看到光斑先逐渐变小进而小孔成像,然后又出现明暗相间的条纹(圆环).继续使缝(或孔)变小,明暗条纹(圆环)的宽度和间距会随之变大,从而体现量变引起质变的规律.进而认识到,任何规律都有其适用条件.光的直线传播只是一条近似的规律,只有在光的波长比障碍物或孔的线度小得多的情况下,才可以看成是沿直线传播的.问题·探究设计实验探究问题当光在传播中遇到孔时,会因为不同大小的孔发生不同现象吗?探究过程:实验原理:让烛光照射到一块遮光板上,板上有一个可自由收缩的三角形孔,当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时,孔后的屏上将先后出现不同的现象(遮住侧面光).实验器材:蜡烛、遮光板(有一个可自由收缩的三角形孔)、屏.实验过程:当三角形孔较大时,屏上出现一个三角形光斑,如图13-5-4甲所示,随着三角形也缓慢地收缩,光斑逐渐变小;当三角形孔小到一定程度时,屏上会出现倒立的烛焰,如图13-5-4乙所示;继续使三角形孔缓慢收缩,可以观察到小孔衍射图样;当孔闭合时,屏上就会一片黑暗.图13-5-4探究结论:随着三角形孔的缩小,光分别呈现出在不同条件下的传播特点:直线传播和发生衍射.。

人教版高中物理课件第十三章 光13.5光的衍射

人教版高中物理课件第十三章 光13.5光的衍射

3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮
条纹为白色,两侧为彩色条纹,且
外侧呈红色,内侧为紫色.
精选课件ppt
7
单孔衍射
A S
1、 孔 较大时—— 屏上出现清 晰的光斑选课件ppt
8
不只是狭缝和圆孔,各种不同形 状的物体都能使光发生衍射,以至 使影的轮廓模糊不清,其原因是光 通过物体的边缘而发生衍射的结 果.历史上曾有一个著名的衍射图 样——泊松亮斑.
C.衍射条纹的疏密程度与狭缝宽度有关 D.衍射条纹的间距与光的波长有关
精选课件ppt
【ACD】16
4.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧
靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处
的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝
都要平行于狭缝),可以看到
A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹
【C】
C.彩色的直条纹
11
比较:双缝干涉与单缝衍射图样
精选课件ppt
12
衍射现象和干涉现象条纹的不同点和 相同点:
相同点:由于光的叠加而产生的,明 暗相间的。
不同点:双缝的条纹是等间距的各条 纹的亮度差别较小,条纹条数较多。
衍射条纹不等间距,中央条纹亮而宽, 两侧条纹较暗较窄,对称分布
精选课件ppt
13
1.下列现象属于光的衍射现象的是:
A.雨后天空出现绚丽的彩虹
B.阳光下肥皂膜上的彩色条纹
C.太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹
D.对着日光灯从铅笔缝里看到的彩色条 纹
E.在两块相互压紧的平行玻璃板面上看 到的彩色条纹
F.激光防伪商标看起来是彩色的
答案:D
精选课件ppt
14
2. 用单色光照射双缝,在像屏上观察
到明暗相间的干涉条纹,现用遮光板

第十三章光衍射f

第十三章光衍射f

衍射现象。
3


E
单缝K
a
b
(a) 屏
a 幕
E
(b)
b
13.1.2 惠更斯-菲涅耳原理
1、惠更斯-菲涅耳原理的基本内容
惠更斯原理
波面上的每一点均为发射子波 的波源,这些子波的包络面即新 的波阵面
成功:可解释光通过衍射屏为何传播方向发生改变, 用几何法作出新的波面,推导反射、折射定律
不足:不能定量说明衍射条纹位置和衍射波的强度分布
每一束平行光经透镜L2汇聚后,聚焦于L2焦平面上 的一点。对同一束平行光而言,它们来自同一波前 上的各个子波,因此满足相干条件。
每一束平行光都在光屏上进行相干叠加,其相干 叠加后的振幅,则由他们的光程差决定。
显然,对于 =0的一束,其中每条光线的光程都相 等,因而叠加结果相互加强,即为中央亮纹。
14
第十三章 光的衍射
§13-1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理 §13-2 单缝夫琅禾费衍射 §13-3 衍射光栅 §13-4 圆孔衍射 光学仪器的分辩率 §13-5 X射线的衍射
1
§13-1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理 13.1.1 光的衍射现象及分类
1、什么叫衍射 波在传播中遇到障碍物,使波面受到限制时,
8
三. 衍射分类 菲涅耳衍射(近场衍射):
有限距离
有限距离
波源 ———— 障碍物 ———— 屏
(或二者之一有限远)
夫琅禾费衍射(远场衍射):
波源
无限远
————
障碍物
无限远
————

即平行光衍射
L1
L2
信息光学(现代光学分支)
9
§13-2 单缝夫琅禾费衍射
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如光线系1,光线系2,…等构 成无穷多束平行衍射光。
3
A
2
31

31

K

1 O/

3 2 1 11


B
11 回首页回首页回上页回上页下一页下一1页1
❖ 平行衍射光的方向
L1
A
L2
P
a
S
C
B
dL
f
每一个方向的平行光与单缝法线方向之间的夹角用表示,
称为衍射角。衍射角 的变化范围为0→±π/2
12
可见中央明纹约为其他各级明纹宽度的两倍。 (近似值)
18 回首页回首页回上页回上页下一页下一1页8
(2)影响衍射图样的a和
❖ 由暗纹条件: a sin k 若λ一定时,
sin 1 : 缝越窄,衍射越显著,但a不能小于(a小于时
a 也有衍射,但此时半波带理论不成立);缝越宽,衍射越不明显, 条纹向中心靠近,逐渐变成直线传播。
(实际上是:入射光为平行光,出射光亦为平行光→用透镜获 取平行光→再用透镜汇聚平行光于光屏。)
8 回首页回首页回上页回上页下一页下一页8
§13-2 单缝夫琅禾费衍射
单缝夫琅禾费衍射
1、装置和现象
单缝夫琅禾费衍射
E
L11、装置和现象L2
S
2、惠更斯-菲涅耳原理分析衍射过程
3、用半波带理论分析衍射条件
K=4时,可在单缝上作出
2k 1 9 个半波带 23 回首页回首页回上页回上页下一页下一2页3
例13-3 在夫琅禾费单缝衍射实验中: (A)单缝所在处的波面所分得的波带数主要取决于衍射角; (B) 越大,则分得的波带数越多; (C)波带数越多,则明条纹的亮度越小; (D)明条纹的亮度是由所有波带发出的子波经透镜汇聚干涉
a4、单缝衍射条纹特点
A
D
f
9
L1、 L2 透镜 A:单缝
E:屏幕
缝宽a
缝屏距D(L2之焦距f)
中央 明纹
9 回首页回首页回上页回上页下一页下一页9
夫朗禾费单缝衍射图样是一组与狭缝平行的明暗相间的 条纹,其中中央条纹最亮最宽。
10
10 回首页回首页回上页回上页下一页下一1页0
2、惠更斯-菲涅耳原理分析衍射过程
P
a
x
o
f
22
解(1)由于P点是明纹,故有
a sin (2k 1)
2
sin tg x
f
K 1,2,3
1.4 3.5103
400
22
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故 2a sin 2a x 2 0.6 3.5103 2k 1 2k 1 f 2k 1
1 4.2103 mm 2k 1
❖ 平行衍射光在焦平面上相干汇聚
每一束平行光经透镜L2汇聚后,聚焦于L2焦平面上的一点。 对同一束平行光而言,它们来自同一波前上的各个子波,因
此满足相干条件。
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每一束平行光都在光屏上进行相干叠加,其相干叠加后的振幅, 则由他们的光程差决定。
显然,对于 =0的一束,其中每条光线的光程都相等,因而叠 加结果相互加强,即为中央亮纹。
第十三章 光的衍射
§13-1 光的衍射 §13-2 单缝夫琅和费衍射 §13-3 衍射光栅
1
§13-4 圆孔衍射 分辩率 §13-5 X射线的衍射
1 回首页回首页回上页回上页下一页下一页1
§13-1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理
衍射现象是波动性的另一重要表现。 只要光在传播,就有衍射现象。 衍射和传播是联在一起的。
加法)和“振幅矢量加法”(图解法)。
7 回首页回首页回上页回上页下一页下一页7
三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射
按 光源,
障碍物,
屏 , 三者相对位置分






S






1、菲涅耳衍射 衍射屏、光源和接收屏之间(或二者之一)均为有限远。8
2、夫琅禾费衍射 衍射屏与光源和接收屏三者之间均为无限远。
所有面元发出的次波在P点的相干叠加结果为
E
S
C
k (
r
)
E0
cos(t
2
r
0 )ds
• P点的振动为无限多个振动源相干叠加的结果,所以变成
了一个无限多光束的干涉问题。
• 原则上,菲涅尔公式可以讨论一般衍射问题。但只对某些7
简单情况才能精确求解。
• 由于直接积分很复杂,所以常常利用“半波带法”(代数
加强的结果。 答:全部对。
24
24 回首页回首页回上页回上页下一页下一2页4
§13-3 衍 射 光 栅
*:先提两个问题
第一个问题:前面讲单缝衍射时,缝后 的透镜其主光轴是与缝的中垂线重合的。因 此,中央明纹刚好落在焦平面与主光轴的交 点附近。缝宽不变,将缝上、下平移,但仍 使缝的法线方向与透镜主光轴平行,那么这 时单缝衍射的中央极大值和其它各级衍射条 纹位置如何变化?
若BC刚好截成奇数个半波带, 余的一个半波带不能被抵消);
若BC不为半波长的整数倍,
则P点的亮度介于次极大和极小
之间。
15 回首页回首页回上页回上页下一页下一1页5
另外也可看出,若角越大,则BC越长,因而半波带数目越多, 而缝宽AB=a为常数,因而每个半波带的面积要减少(即每个半 波带上携带的光能量减少),于是级数越高,明纹亮度越低, 最后成模糊一片。






答:由几何光学知识可知: 25 凡平行于主光轴的光线都汇聚于主光轴上, 凡平行于付光轴的光线都汇聚于焦平面上同一点。
这就是说:单缝衍射的图样只与衍射角Φ有关,而与单缝
相对主光轴的位置无关。
25 回首页回首页回上页回上页下一页下一2页5
第二个问题:在前面讲的双缝干涉中,如果双缝干涉的装置
一、光的衍射现象
1、什么叫衍射
波在传一播、中遇光到的障衍碍物射,现使象波面受到限制时,能够绕过障
碍物继续二前进、的惠现更象。斯-菲涅耳原理
2、光的衍射现象
2
• 光不再三是、直菲线传涅播耳,衍而有射光和进夫入障琅碍禾物费后的衍几射何阴影区。
• 光所到达的区域,其强度分布也不均匀。
2 回首页回首页回上页回上页下一页下一页2
1、惠更斯-菲涅耳原理的基本内容
❖ 波动有两个基本特性
波是振动的传播 波具有时空周期性,且能相互叠加
❖ 惠更斯提出的子波假设:波阵面上的每一点都可看成是
发射子波的新波源,任意时刻子波的包迹即为新的波阵面。 “子波”的概念不涉及波动的时、空周期性,因而不能说 明在不同方向上波的强度分布,即不能解释波的衍射。 4
实验发现,光通 过宽缝时,是沿直线 传播的,如图(a)所示。
若将缝的宽度减小 到约104m及更小时,缝 后几何阴影区的光屏上 将出现衍射条纹,如图 (b)所示,这就是光的 衍射现象。
光源 S
光源 S


E
单缝K
a
b
(a)

a 幕
E
3
(b)
b
3
回首页回首页回上页回上页下一页下一页3
二、惠更斯-菲涅耳原理
❖中央明纹的线宽度为正负
xk 1
第一暗纹间距。
中央明纹的角宽度(即条
纹对透镜中心的张角)为
20。有时也用半角宽度 a
xk
x1
0
k k 1
o
f
描述。
暗纹条件: a sin k
中央明纹半角宽:
sin 0
17a
20
2
a
这一关系称衍射反比律
中央明纹线宽度为x0 x1 f tg0 f sin 0
④、衍射图样中明、暗纹公式
亮纹条件: a sin (2k 1)
2
(近似值)
暗纹条件: a sin 2k k
2 16
中央明纹(零级衍射亮纹): a sin
16 回首页回首页回上页回上页下一页下一1页6
4、单缝衍射条纹特点
(1)条纹宽度
设焦距f、缝宽a和波长,缝屏之间距离就是透镜焦距f。
也符合夫琅禾费衍射的条件,那么这时的双缝干涉图样将怎样 变化?
4 回首页回首页回上页回上页下一页下一页4
❖ 菲涅耳在惠更斯提出的子波假设基础上,补充了描述次波基
本特征的时空周期的物理量:位相和振幅,及波的叠加
❖ 认为:从同一波阵面上各点发出的次波,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。这就是惠更斯—菲涅耳原理。
❖ 由暗纹条件: a sin k 若a一定时, sin λ越大,衍射越显著,
当白光入射时,中央明纹仍为白色,其他各级由紫至红,一19 般第2、3级即开始重叠。
19 回首页回首页回上页回上页下一页下一1页9
(3)各级亮纹强度分布是不均匀的 以中央明纹的强度为1,则 第一级明纹为4.5% 第二级明纹为1.6% 第三级明纹为0.83%
由于每相邻波带对应点如A、A1, A1、 A2 …向方向发出的光波A〞 A1〞 ,A1〞 A2 〞 … 的光程差逐一相差半个波长, 故称之为“半波带”。
A//
A1//
A
A2 //
A1
A3//
A2
B //
A3
C
B
A3/
A2/ A1/ A/
2
14
③、用半波带方法解释衍射:
❖两相邻波带的对应点(如边缘,中点)在P点引起的振动
3、用半波带理论分析衍射条件
①衍射角为的一束平行衍射光的光程差: 考虑一束平行衍射光,作
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