光的衍射干涉

3、白炽灯（白光）的单缝衍射条纹为中央亮， 两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的 内侧为紫色．
1818年，当法国物理学家菲涅耳提出光的波动 理论时，著名数学家泊松根据菲涅耳的理论推 算出：把一个不透光的小的圆盘状物放在光束 中，在距这个圆盘一定距离的像屏上，圆盘的 阴影中心应当出现一个亮斑．人们从未看过和 听说过这种现象，因而认为这是荒谬的，所以 泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅耳的波动理 论，菲涅耳接受了这一挑战，精心研究，“奇 迹”终于出现了，实验证明圆盘阴影中心确实 有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．
S1 S
S2 红滤色片
双缝
S1 S2
屏幕
S1
P
S2
δ=0
P 中央亮纹
由于从S1S2发出的光是振动情况完全相同， 又经过相同的路程到达P点，其中一条光传来的 是波峰，另一条传来的也一定是波峰，其中一
条光传来的是波谷，另一条传来的也一定是波 谷，确信在P点激起的振动总是波峰与波峰相遇 或波谷与波谷相遇，振幅A＝A1+A2为最大，P 点总是振动加强的地方，故应出现亮纹，这一 条亮纹叫中央亮纹。
双缝 S1 S2
屏幕
P3 第三亮纹 δ=3λ P2 第二亮纹 δ=2λ P1 第一亮纹 δ=λ P 中央亮纹 δ=0
P3 / 第一亮纹 δ=λ P3 / 第二亮纹 δ=2λ P3 / 第三亮纹 δ=3λ
双缝
S1 S2
λ/2
屏幕
S1
P1
Q1 P
第一暗纹
中央亮纹
S2 λ/2
取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、S2 路程差δ= S1－S2＝λ/2，其中一条光传来的 是波峰，另一条传来的就是波谷，其中一 条光传来的是波谷，另一条传来的一定是 波峰，Q1点激起的振动总是波峰与波谷相 遇，振幅最小，Q1点总是振动减弱的地方， 故应出现暗纹。
第十三章 光的波粒二象性 第一节 光的干涉和衍射
一、杨氏双缝干涉实验
1、装置特点： （1）双缝很近 0.1mm， （2）双缝S1、S2与单缝S的距离相等，
2、①要用单色光 ②单孔的作用：是获 得点光源 ③双孔的作用：相当
于两个振动情况完全 相同的光源，双孔的 作用是获得相干光源
单缝 双缝
S1 S
4、实验的改进： ①指出用狭缝代替小孔，可以得到同样清晰，
但明亮得多的干涉条纹。
②用氦氖激光器发出的激光演示双缝干涉实验。
5、白光的干涉图样是什么样？
①明暗相间的彩色条纹； ②中央为白色亮条纹； ③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； ④在每条彩色亮纹中红光总是在外缘，紫光在内线。
三、光的薄膜干涉
复习： （1）机械波中，产生稳定干涉现象的条件是： 频率相同相差恒定。 （2）两列波在波峰和波峰相遇或波谷与波谷 相遇时振幅变大，说明此点为振动加强点 。 两列波在波峰和波谷相遇时振幅变小，说明此 点为振动减弱点。
（3）对光发生干涉时 若光互相加强，出现亮条纹 若光互相削弱，出现暗条纹
单缝 双缝
屏幕
防伪
利用光的衍射现象制作出来的全息衍射防伪标 记。由于防伪标记利用了全息摄像技术，所以 制作成本和难度都较高，能有力的保护消费者 不买到假冒伪劣商品。
珍宝鉴定
1985年，加拿大文物保护协会（CCT）的科学家们就 利用X光射线衍射分析方法对一件被作为凡高作品出 售的油画颜料进行了分析鉴定。科学家从这幅油画 的颜料中发现了大量的金红石的存在。作为白色颜 料的使用，二氧化钛一般以两种状态存在：金红石 和锐钛矿。锐钛矿作为白色颜料使用是从1925年开 始的，而金红石作为白色颜料直到1938年才开始生 产。因为金红石的存在，使得这幅油画的创作时间 不可能早于1938年，这与凡高的生活时期（1853年1890年）是不相符的，因而可以断定这幅被鉴定的 油画是一幅赝品。
S1
Sd
S2
三、干涉条纹的间距与哪些因素有关?
1、什么是干涉条纹的间距?
双缝 S1
S2
屏幕
△x ★条纹间距的含义：亮纹 或暗纹之间的距离总是相 等的，亮纹和亮纹之间的 距离或暗纹和暗纹之间的 距离叫做条纹间距。
△x
2、干涉条纹的间距与哪些因素有关?
双缝
屏幕
S1
d
L
S2
重做干涉实验，并定性寻找规律．
P2 第二亮纹 δ=2λ
Q2 第二暗纹
P1 第一亮纹 δ=λ
Q1 P
第一暗纹 中央亮纹
δ=0
Q1 / 第一暗纹
P3 / 第一亮纹 δ=λ
Q2 / 第二暗纹
P3 / 第二亮纹 δ=2λ
Q3 / 第三暗纹
P3 / 第三亮纹 δ=3λ
δ=5λ/2 δ=3λ/2 δ=λ/2 δ=λ/2 δ=3λ/2 δ=5λ/2
双缝
屏幕
S1
S2 3λ/2
Q2 第二暗纹
Q1 P
第一暗纹
中央亮纹
屏上Q1点的上方还可以找到δ= S1－S2 ＝3λ/2的Q2点出现第二条暗纹。同样可以 找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方 也可以找到对称的Q1/、Q2/、Q3/……等暗 纹。
双缝 S1 S2
屏幕
P3 第三亮纹 δ=3λ
Q3 第三暗纹
四、光的衍射：光离开直线路径绕道障 碍物阴影里去的现象．
1、产生明显衍射现象的条件：障碍物或小孔的 尺寸比波长小或差不多
2、实验现象：中央一级是又亮又宽的白色条纹Hale Waihona Puke Baidu 两边是较窄较暗的彩色条纹．
光的衍射
单缝衍射规律
1、波长一定时，单缝越窄，衍射图样中央条 纹越宽，各条纹间距大．
2、单缝不变时，光的波长越长（可见光中红 光最长），中央亮纹越宽，条纹间隔越大．
光存储
在 CD、VCD、DVD 光学读写 系统中一束激光经光栅被衍射 成几束光束 , 其中间的一束按 原光轴方向前进的光强度最大 （最亮），称为主光束（或零 级光）；紧邻的是较弱光束称 为副光束（或± 1 级光）。主 光束被用于读写碟片上的图像 和伴音信号，同时获得聚焦伺 服的信号，副光束则被用于获 得轨迹伺服的信号。
如：照相机镜头有增透膜d= λ/4 呈现淡紫色 —— 消除黄绿色的反射光。
练习：
♣如果保持双缝的间距不变，光屏到缝的距 离越大，屏上明暗相间条纹间距 ____变__大______；
♥如果保持光屏到缝的距离双缝的间距不变， 双缝的间距越小，屏上明暗相间条纹间距 _____变__大_____；
♦如果保持光屏到缝的距离双缝的间距不变， 双缝的间距不变，改变光的波长越大，屏上 明暗相间条纹间距_______变__大___；
自然现象中的衍射
抬头透过树叶 缝隙看到的阳 光带有彩色光 晕。就是光的 衍射现象。
自然现象中的衍射
神 秘 的 佛 光
是在光的“衍射－反射”成像原理下形成的一种特殊光象， 学术界称为“宝光”。这是一种在云雾山地的地方常见的 一种大气光象，以往在峨眉山多见，故有“峨眉宝光”之 说。实际上，“宝光”在黄山、庐山、五台山等地山区， 甚至一些稍有起伏的平原地带也可以看到 。
S2
屏幕
红滤色片
3、产生稳定光的干涉现象的条件 相干光源：两个振动情况完全相同的光源
4、干涉图样的特点： （1）形成明暗相间的条纹 （2）亮纹间等距、暗纹间等距 （3）两缝S1、S2中垂线与屏幕相交位
置是亮条纹---中央亮纹
提出问题：（1）为什么会出现这样的图象？
（2）怎样用波动理论进行解释？
二、运用光的波动理论进行分析
双缝 S1 S2
λ
屏幕
P1 第一亮纹
S1 S2 λ
P1 δ=λ
取P点上方的点P1，从S1S2发出的光到 P1点的光程差就不同，若这个光程差正好 等于波长的整数倍，比如δ= S1－S2=λ，出 现第一条亮纹。
双缝 S1
屏幕
P2 第二亮纹
S2 2λ
屏上P1点的上方还可以找到δ= S1－S2＝ 2λ的P2点出现第二条亮纹。
1、实验 产生原因：膜的前
表面和后表面反 射的两列光波。 实验现象：水平的 彩色条纹
2、薄膜干涉的应用
1）检查精密仪器的表面：平行单色光垂直照射 实心劈尖上，上面的下表面、下面的上表面的反 射光将产生干涉。 现象：劈尖上厚度相同的地方，出现明或暗条纹。
2）增加透射：使某些颜色的单色光在表面 的反射干涉相消。
光沿直线传播只是一个近似的规律：当光的波长比障碍 物或孔的尺寸小得多时，可认为光是沿直线传播的， 当光的波长与障碍物或孔的尺寸可以相比拟时将产生 明显的衍射现象 提问：当光通过小孔或者狭缝时，在后面的光屏 上会得到什么样的图案？
当缝很大时—直线传播（得到影）
当缝减小时—逐渐会出现小孔成像的现象
继续减小缝的大小—会出现光的衍射现象．
干涉图样和衍射图样的区别
干涉图样：条纹等宽等亮
衍射图样：中间条纹最宽最 亮，两边迅速变窄变暗。
①d、λ不变，只改变屏与缝之 间的距离L——L越大，条纹间距 越大．
② L、λ不变，只改变双缝距离 d——d越小，条纹间距越大．
③ L、d不变，用不同的单色光进行实验—— 红光的条纹间距最大，紫光的最小。
红光的波长最大，紫光的波长最小。 红光的频率最小，紫光的频率最大。
3 、亮（暗）纹间距的公式(△x= L λ ） d