3.物理光学-衍射
物理光学第三章 光的衍射
14
6.1.3 基尔霍夫衍射公式
假设单色光波通过闭合曲 面 传播，空间P点处的 光场为
E P , t E P e i t
15
n
V
P
如果P点是无源场，该点光场应满足标量波动方程
1 2E 2 E 2 2 0 c t
即：亥姆赫兹（Helmholtz）方程
6.1.2 惠更斯-菲涅耳原理
惠更斯原理
惠更斯在1690年发表的《论光》一书中提出了惠更 斯原理：波源S在某一时刻所产生的波阵面∑，则∑ 面上的每一点都可以看作是一个次波源，它们发出 球面次波，其后某一时刻的波阵面∑’即是该时刻这 些球面次波的包络面，波阵面的法线方向就是该光 波的传播方向。 利用惠更斯原理可以决定光波从一个时刻到另一个 时刻的传播，也可以说明衍射现象的存在，但是不 能说明衍射过程及其强度分布。
6.1.3 基尔霍夫衍射公式
在 面上， 和 E n 的值由入 E 射波决定，与不存在屏时的值 完全相同。
22
n
1
Q
A e ikl E l
E 1 A ikl cos n, l ik e n l l
r P
R
2
l S
9
6.1.2 惠更斯-菲涅耳原理
惠更斯-菲涅耳原理
10
菲涅耳在研究了光的干涉现象后，考虑到次波来自 于同一个光源，应该是相干的，因而光场中任意一 点的光振动应该是光源和该点之间任一波阵面上所 有子波相干叠加的结果，这就是惠更斯-菲涅耳原理。
波阵面法线
光源
任意波阵面
光场中的任 意一点
6.1.2 惠为（复振幅）
P CK , E Q exp ikr d dE 0 r
高中物理：光的衍射
高中物理：光的衍射
【知识点的认识】
一、光的衍射
1．光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象叫光的衍射．
2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象．
3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环）．
4．常见的衍射现象有单缝衍射，圆孔衍射和泊松亮斑等．
5．单缝衍射图样特点：若是单色光，则中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹，其亮度和宽度依次减小；若是白光则中央为白色亮条纹，且最宽最亮，两边为彩色条纹．
【解题方法点拨】
衍射与干涉的比较
两种现象
比较项目
单缝衍射双缝干涉
不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最
宽
条纹宽度相等
条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距
亮度情况中央条纹最亮，两边变
暗条纹清晰，亮度基本相
等
相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；
干涉、衍射都有明暗相间的条纹
（1）白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．
（2）区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．
2．干涉与衍射的本质：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或
多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．。
高中物理《光的衍射 》课件
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
②白光的衍射：条纹中间为_□_0_8_白__色__条__纹____，两侧为__□0_9__彩__色_条__纹____。 (2)圆孔衍射：中间是大且亮的_□_1_0_圆__形__亮__斑____，周围分布着明暗相间的 __□1_1__同_心__圆__环____ ， 且 越 靠 外 ， 圆 形 亮 条 纹 的 亮 度 ____□1_2_越__弱______ ， 宽 度 ____□1_3__越__小_____。
(3)不透光的圆盘的衍射图样 ①中央是亮斑(泊松亮斑)。 ②周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。 3．单缝衍射与双缝干涉的比较
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
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元 件。 (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。
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提示
02课堂探究评价
提升训练
对点训练
课堂任务 光的衍射
1．对光的衍射的理解 (1)衍射现象和衍射条纹 ①衍射现象：光通过很窄的缝或很小的孔时，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衍射条纹特点：衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最 亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
(2)光产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或跟波长相差不多。 2．三种衍射图样的比较 (1)单缝衍射图样
高中物理：光学-光的衍射
高中物理：光学-光的衍射光的衍射是光学中的经典知识点，其在多个领域都有着广泛的应用，例如显微镜、天文望远镜等。
本文将详细介绍光的衍射的基本概念、衍射定理、夫琅禾费衍射以及常见的实验方法。
一、光的衍射的基本概念光的衍射是指光通过一个孔或者通过物体表面的缝隙后，光波会扩散成为一组新的光波，这种现象被称为光的衍射。
在光的衍射中，光波会形成一些明暗交替的区域，这些区域被称为衍射图样，其形状和孔或者缝隙的大小和形状有关。
二、衍射定理衍射定理是光学中最重要的定理之一，它是描述从一个孔或者一个光源丝的发射的光经过另一个孔或者缝隙后产生的光的波前的变化情况。
衍射定理可以用来计算衍射图案的形状，以及通过使用光的衍射图案来确定物体的大小和形状。
衍射定理的公式如下所示：sinθ = nλ/d其中，θ是衍射角，n是衍射序数，λ是光的波长，d是孔或者缝隙的宽度。
三、夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射是一种典型的衍射现象，它是一种发生在单缝或双缝上的衍射现象。
夫琅禾费衍射的衍射图样是一组纵向的亮暗条纹。
夫琅禾费衍射的公式如下所示：dsinθ = nλ其中，d是缝隙的大小，θ是衍射角，n是衍射序数，λ是光的波长。
四、实验方法实验方法是研究光的衍射现象的重要手段。
常见的光的衍射实验方法包括单缝衍射实验、双缝干涉实验、格点衍射实验等。
（1）单缝衍射实验单缝衍射实验是研究光的衍射现象的最简单的实验方法之一，它可以通过一个狭窄的孔洞使光波扩散成为一个圆形的波前来观察光的衍射现象。
（2）双缝干涉实验双缝干涉实验是研究光的干涉现象的重要实验方法，它可以通过两个狭缝使光波扩散成为一组具有干涉现象的亮暗条纹。
（3）格点衍射实验格点衍射实验是一种研究光的衍射现象的实验方法，它可以通过一个光栅来使光波扩散成为一组具有规律的亮暗条纹。
五、练习题1. 一束波长为500nm的光穿过一个宽度为0.3mm的单缝后，经过距离1m的观察屏时，其衍射图样的第五个主极大的位置距离中心线的距离是多少？参考答案：0.30mm2. 光通过一组双缝（缝距为0.1mm，缝宽为0.05mm），在距离屏幕40cm处出现了一组亮暗条纹。
光学中的衍射现象及其应用研究
光学中的衍射现象及其应用研究光学作为物理学中的一个重要分支，研究光的传播和现象。
其中，衍射现象是光学中一个重要的现象，并在实际应用中具有广泛的应用。
本文将探讨光学中的衍射现象及其应用研究。
一、衍射现象衍射是指光线遇到障碍物或通过小孔时发生的现象。
光线通过障碍物或小孔后，将出现弯曲、分散的现象，形成光斑。
根据衍射产生的光斑形状和分布特点，可以推测出物体的形状和结构。
1. 衍射模型根据波动理论，光被认为是一种电磁波，具有波粒二象性。
当光通过障碍物或小孔时，波的传播会受到限制，导致波前出现扭曲，使得光的传播方向改变并形成光斑。
2. 衍射的物理原理衍射现象的产生与光的波长、障碍物或小孔的尺寸以及光的传播环境有关。
当光的波长接近或大于障碍物或小孔的尺寸时，衍射现象明显；当波长远小于障碍物或小孔的尺寸时，衍射现象较弱。
二、衍射现象的应用研究衍射现象在光学实验和技术应用中被广泛研究和应用。
1. 衍射实验通过衍射实验，可以研究和验证光的波动性质。
例如，Young双缝实验利用双缝间的衍射现象，直观地展示了光的干涉现象，为光的波动理论提供了有力的实验证据。
2. 衍射光栅光栅是一种具有周期性结构的装置，通过光的多次衍射现象可以产生多个暗纹和亮纹的光斑。
光栅广泛应用于光谱分析、光学显微镜等领域。
例如，在光谱分析中，通过光栅的衍射作用将光分散成不同波长的光谱线，便于进行物质成分分析。
3. 衍射应用于天文学天文学中，通过望远镜观测远处星体时，光线经过大气层的干扰会产生衍射现象。
这种衍射现象会造成星体的光斑扭曲和分散，影响观测结果。
因此，天文学家利用衍射理论研究大气层对光线的影响，并通过衍射校正技术提高天文观测的精度。
4. 衍射在成像技术中的应用衍射现象在成像技术中具有重要意义。
例如，电子显微镜借助于电子的波动特性和衍射现象，可以对微观物体进行高分辨率成像。
另外，X射线衍射技术也是研究晶体结构和材料性质的重要手段。
综上所述，光学中的衍射现象是光的波动性质的重要体现，在实际应用中具有广泛的研究和应用。
高中物理光的衍射知识点复习
高中物理光的衍射知识点复习光学衍射现象是光在传播过程中出现的一种波动状态。
这部分内容在《光学》中比较抽象，学生学习起来比较困难。
下面店铺给大家带来高中物理光的衍射知识点，希望对你有帮助。
高中物理光的衍射知识点(1)光的衍射现象光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象，叫光的衍射。
光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。
小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象。
(2)衍射现象的特点：①光束在衍射屏上的某一方位受到限制，则远处屏幕上的衍射强度就沿该方向扩展开来。
②若光孔线度越小，光束受限制得越厉害，则衍射范围越加弥漫。
理论上表明光孔横向线度与衍射发散角Δ之间存在反比关系。
(3)产生条件由于光的波长很短，只有十分之几微米，通常物体都比它大得多，所以当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，可以清楚地看到光的衍射。
用单色光照射时效果好一些，如果用复色光，则看到的衍射图案是彩色的。
(3)衍射图样①单缝衍射：中央为亮条纹,向两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同.白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是紫光,最远离中央的是红光.②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环.③泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影中心出现的亮斑,这是光能发生衍射的有力证据之一。
(4)衍射应用光的衍射决定光学仪器的分辨本领。
气体或液体中的大量悬浮粒子对光的散射，衍射也起重要的作用。
在现代光学乃至现代物理学和科学技术中，光的衍射得到了越来越广泛的应用。
衍射应用大致可以概括为以下四个方面：①衍射用于光谱分析。
如衍射光栅光谱仪。
②衍射用于结构分析。
衍射图样对精细结构有一种相当敏感的“放大”作用，故而利用图样分析结构，如X射线结构学。
③衍射成像。
在相干光成像系统中，引进两次衍射成像概念，由此发展成为空间滤波技术和光学信息处理。
光瞳衍射导出成像仪器的分辨本领。
④衍射再现波阵面。
这是全息术原理中的重要一步。
物理光学-第3章 光的衍射
f x = ρ cos φ
f y = ρ sin
dx0 dy 0 = r0 dr0 dα 0
( x0 , y 0 ) = A
α0
0 ~ 2π
r0
0~a
24
3-4 夫琅和费圆孔衍射
光强分布公式
ie iKz 2 z ( x12 + y12 ) + ∞ i 2π ( f x x0 + f y y0 ) u ( x, y ) = e u ( x 0 y 0 )e dxo dy 0 ∫ ∫∞ λz
4
3.2衍射的基本理论
①狭缝衍射 ②圆孔衍射
5
3.2衍射的基本理论
惠更斯-菲涅耳原理
6
3.2衍射的基本理论
惠更斯原理是描述波的传播过程的一个原理。设波 源在某一时刻的波阵面，面上每一点都是一个次波 源，发出球面次波。次波在随后的某一时刻的包迹 面形成一个新的波阵面。波面的法线方向就是波的 传播方向。这就是惠更斯原理。 菲涅耳在研究了光的干涉现象以后，考虑到次波来 自同一光源，应该相干，因而波阵面上每一点的光 振动应该是在光源和该点间任意一个波面上发出的 次波迭加的结果。这样用干涉理论补充的惠更斯原 理叫作惠更斯-菲涅耳原理。
12
3-2-3 夫琅和费衍射和菲涅耳衍射
夫琅和菲近似：衍射屏到孔的距离z很大，透光孔很小 2 2
2 2 x0 + y 0 k ( x0 + y 0 ) max ≈0 z >> 2 z 2 2 2 2 2 1 ( x1 x0 ) + ( y1 y 0 ) 1 x12 + y12 1 x0 + y 0 x1 x0 + y1 y 0 r ≈ z 1 + = z 1 + 2 z 2 + 2 z 2 2 z2 2 z k [( x x ) + ( y y ) ] i i ikz u ( x1 y1 ) = e ∫∫ u ( x 0 y 0 )e 2 Z dx 0 dy 0 λz k 2 2 2 2
物理光学光的衍射与衍射的现象
物理光学光的衍射与衍射的现象光的衍射是指光线通过一个孔或者绕过一个物体后，经过一定的传播距离后，出现明暗交替的现象。
这种现象是由于光的波动性导致的。
本文将介绍光的衍射的原理、衍射的现象以及一些典型的衍射实验。
一、光的衍射原理衍射现象是由于光的波动性而产生的，根据赛涅尔衍射原理，当光线通过一个孔或者绕过一个物体时，波前会发生弯曲，从而产生了衍射。
根据惠更斯-菲涅尔原理，任何一个波前上的每一个点都可以看成是次波的发射源，通过各个波源发射出来的次波在波前上相互叠加形成新的波前。
光的衍射与光的波长有关，波长越小，衍射现象越明显。
此外，衍射还与衍射孔的尺寸有关，如果衍射孔的尺寸小于光的波长，衍射现象也会比较明显。
二、光的衍射现象1. 单缝衍射当光通过一个细缝时，光线会向前方呈圆形扩散，并形成一系列明暗的交替带。
这种现象被称为单缝衍射。
单缝衍射的衍射角度与光的波长和衍射孔的尺寸有关。
一般情况下，衍射角度越大，衍射强度越弱，衍射带的亮度也会减弱。
2. 双缝干涉双缝干涉是指光线通过两个并排的细缝后，形成一系列明暗的条纹。
这些条纹是由光的干涉现象导致的。
双缝干涉的条纹间距与衍射角度有关，当衍射角度小于一定范围时，条纹间距较大；而当衍射角度超过一定范围时，条纹间距变小。
3. 衍射光栅光栅是由一系列平行而等间距的缝或透明光栅构成的，当光通过光栅后，会形成一系列具有规则间距的亮暗条纹。
光栅的条纹间距与光的波长和光栅的缝尺寸有关，通过调节光栅的缝宽和缝距可以改变衍射带的间距和亮度。
三、典型的光的衍射实验1. 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验是一个经典的衍射实验，在实验中，光线通过两个并排的细缝后，实验者可以观察到一系列明暗的条纹。
这个实验验证了光的波动性以及光的干涉现象，同时也揭示了光的波动性与粒子性的共存。
2. 单缝衍射实验单缝衍射实验是利用一个细缝来观察光的衍射现象，实验者可以通过调节缝的尺寸和光源的波长来观察不同条件下的衍射带。
3.物理光学-衍射解析
一.填空题1.1 波面是指波在传播时（同位相 ）点的集合，这些点的轨迹是一个（等相面）面。
1.2 惠更斯原理是指：任何时刻波面上的每一点都作为（次波）的波源,各自发出（球面）次波,在以后的任何时刻,所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的（新波面）。
1.3 惠更斯引入（子波 ）的概念提出了惠更斯原理，菲涅耳再用（子波干涉 ）的思想补充了惠更斯原理，发展成了惠更斯－菲涅耳原理。
1.4 爱里班的半角宽度是（Dλ=θ∆22.1 ）。
1.5 一远处点光源的光照射在小圆孔上,并通过圆孔后紧靠孔的会聚透镜,在透镜焦面上,将不是出现光源的几何象点,而是一个衍射斑,衍射斑对小孔中心展开的角大小与（入射光波长）成正比，与（ 圆孔直径（或半径） ）成反比。
1.6 光栅衍射强度分布受到（ 单缝衍射 ）和（缝间干涉 ）的共同作用。
1.7 光栅衍射图样是（单缝衍射 ）和（ 缝间干涉 ）的总效果。
1.8 光栅衍射中，光栅常数为d ，缝数为N ，相邻两个主最大之间有(N-1 )个最小和（ N-2 ）个次极大。
1.9 通过衍射光栅观察到的衍射花样，主最大的位置与缝数N （无关）；但他们的宽度随N的增大而（ 减小 ），其强度正比于（ N 2 ），而相邻主最大之间有（ N-1 ）条暗纹和（ N-2 ）个次极大。
1.10 光栅方程为（λ=θk sin d 或者λ=α±θk d sin sin d ）。
1.11 平行单色光垂直入射在缝宽为a=0.15 mm 的单缝上，缝后有焦距为f=400 mm 的凸透镜，在其焦平面上放置观察屏幕，现测得屏幕上中央明条纹两侧的两个第三级暗条纹之间的距离为8 mm ，则入射光的波长为λ=（ 500nm ）。
1.12 一毫米内有500条刻痕的平面透射光栅， 用平行钠光束（λ=589nm ）与光栅平面法线成30˚角入射，在屏幕上最多能看到第（ 5 ）级光谱。
1.13 若在某单色光的光栅光谱中第三级谱线是缺级，则光栅常数与缝宽之比（a+b ）/a 的各种可能的数值为（ 3 ）1.14 在透光缝数为N 的平面光栅的衍射实验中,中央主极大的光强是单缝衍射中央主极大光强的（N 2 ）倍,通过N 个缝的总能量是通过单缝的总能量的（ N ）倍。
衍射的概念
衍射的概念
衍射是物理学中的一个重要概念，它是指光线经过一个障碍物或者
通过一个狭缝时，会发生弯曲和扩散的现象。
衍射现象的产生是由于
光的波动性质所引起的，它是光学中的基本现象之一，也是许多实际
应用中不可避免的现象。
按照衍射的类型，可以将其分为菲涅尔衍射、菲涅尔-柯西衍射、菲涅
尔-富兰克衍射、菲涅尔-基尔霍夫衍射等几种类型。
菲涅尔衍射是指光线通过一个狭缝时，光的波前会发生弯曲和扩散的
现象。
这种衍射现象在望远镜、显微镜等光学仪器中都有广泛的应用。
菲涅尔-柯西衍射是指光线通过一个圆形孔时，光的波前会发生弯曲和
扩散的现象。
这种衍射现象在光学仪器中也有广泛的应用，例如在显
微镜中，可以通过调整圆形孔的大小和位置，来控制光的弯曲和扩散
程度，从而获得更清晰的图像。
菲涅尔-富兰克衍射是指光线通过一个光栅时，光的波前会发生弯曲和
扩散的现象。
这种衍射现象在光学仪器中也有广泛的应用，例如在光
谱仪中，可以通过光栅的设计和制造，来分离出不同波长的光线，从
而获得物质的光谱信息。
菲涅尔-基尔霍夫衍射是指光线通过一个透镜时，光的波前会发生弯曲
和扩散的现象。
这种衍射现象在光学仪器中也有广泛的应用，例如在
望远镜中，可以通过透镜的设计和制造，来聚焦光线，从而获得更清晰的图像。
总之，衍射是光学中的一个基本现象，它在许多实际应用中都有广泛的应用。
通过对不同类型的衍射现象的研究和应用，可以为人类的科学研究和生产生活带来更多的便利和发展。
高中物理衍射现象
高中物理衍射现象一、引言物理学中的衍射现象是一种波动现象，它是波穿过一个孔或绕过一个障碍物时发生的现象。
高中物理课程中，衍射是一个非常重要的概念，它能帮助我们理解光的传播和波动性质。
本文将介绍高中物理中的衍射现象，并探讨其原理和应用。
二、什么是衍射现象衍射是波动现象中的一种，当波传播到一个有限孔径或通过一些细缝时，波的传播方向会发生改变，使波的传播区域扩大，出现波的弯曲、扩散和干涉等现象。
高中物理中，我们主要研究光的衍射现象。
三、光的衍射现象1. 单缝衍射当一束平行光通过一个非常窄的缝隙时，光波会在缝隙两侧弯曲并发散，形成一系列亮暗交替的条纹，这就是单缝衍射现象。
这些条纹的分布规律可以用衍射公式来描述。
2. 双缝干涉和衍射当一束平行光通过两个非常接近且等宽的缝隙时，光波会在两个缝隙间发生干涉和衍射，形成一系列亮暗交替的条纹，这就是双缝干涉和衍射现象。
这些条纹的分布规律可以用干涉和衍射公式来描述。
3. 光的衍射与波长的关系根据衍射的公式，我们可以得知，光的衍射现象与其波长有关。
波长越长的光，其衍射现象越明显；波长越短的光，其衍射现象越不明显。
四、衍射的应用1. 衍射光栅光栅是一种具有大量平行缝隙的光学元件，当光通过光栅时，会发生衍射现象。
光栅的衍射光谱可以用于光谱分析、光学仪器校准等领域。
2. 衍射望远镜衍射望远镜是一种利用衍射原理来观测远处物体的望远镜。
通过光的衍射，可以提高望远镜的分辨率，使观测到的图像更加清晰。
3. 衍射显微镜衍射显微镜是一种利用光的衍射现象来观察微观物体的显微镜。
通过衍射现象，可以提高显微镜的分辨率，使微观物体的细节更加清晰可见。
五、总结衍射现象是一种波动现象，在高中物理中起着重要的作用。
通过学习衍射现象，我们可以更好地理解光的传播和波动性质。
衍射现象在光学仪器设计、光谱分析等领域有着广泛的应用。
在今后的学习和研究中，我们应继续深入探索衍射现象的原理和应用，为科学研究和技术发展做出更大的贡献。
物理光学中的衍射理论
物理光学中的衍射理论物理光学是研究光的传播和相互作用的学科，而衍射理论则是物理光学中的一个重要分支。
衍射是指光的波动性质导致它在通过物体或障碍物时产生弯曲或分散的现象。
衍射的产生是由于光线受到障碍物的阻拦，不能直线传播，而产生出现折射、反射、干涉等现象，而衍射理论正是解释和刻画这些现象的重要学说。
首先，我们来了解一下什么是衍射。
当光线通过一个有粗糙表面的镜子，或通过一个有微小孔径的屏幕时，就会发生衍射。
衍射将光线分散开来，使它在入射方向周围呈周期性的亮暗条纹，其亮度和颜色变化具有规律性。
这些亮暗条纹就是衍射图样，也称为衍射花样。
衍射是光在通过障碍洞穴时出现才会出现的现象。
这个现象是由于障碍物的形状和大小决定的，因此可以通过这些特征来刻画它。
比如，当光线射向屏幕上的一个孔时，由于光线进入孔口会发生偏转，所以使光线穿过孔洞的部分形成新的波源，这些波源会产生相干性的干涉现象，经过叠加后形成衍射图案。
衍射图案取决于孔径大小和孔径间距。
衍射理论的创始人是法国物理学家弗朗索瓦·阿拉戈，他在1824年发表学术论文首先提出了衍射理论。
二十年后，英国科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在带电物质产生电磁波的研究中，深化了对于电磁波行为的理解，从而为衍射理论在电磁波中的应用提供了理论基础。
衍射理论的应用离不开物质的介质，而其中反应最为显著的是光的波长和物体的大小，通过观察物体产生的衍射图案可测量物体的大小和形状。
如果物体和它所放置的屏幕距离相等，就能够得到很好的结果。
物体越大，产生的衍射图案也越明显，而物体越小，则会产生一系列的衍射环。
因此，可以通过观察衍射图案，可以判断物体的大小、形状、密度等。
一些优秀的光学仪器也是衍射理论的体现。
例如衍射光栅是一种包括许多与平行槽垂直的平面上所形成的期间性的障碍物的拼图，通过衍射光栅发射的光束呈角度分离，其发光方向、波长和颜色分别与入射光线的角度、波长和颜色有关。
物理知识点光的衍射
物理知识点光的衍射光的衍射是物理学中的一个重要知识点，它涉及到光的传播特性以及如何解释光通过障碍物后的现象。
本文将从光的本质、衍射现象的解释、衍射的规律以及应用等方面分析和阐述光的衍射知识。
一、光的本质光是电磁波的一种，由电磁场和磁场交替变化形成。
它在真空中传播速度恒定为光速，但在介质中会发生折射、反射以及衍射等现象。
光的能量是量子化的，具有波粒二象性，既可以看作是一种波动现象，也可以看作是由一粒一粒的光子组成的。
二、衍射现象的解释衍射是指光通过一个障碍物或者通过物体边缘传播时产生偏离直线传播方向的现象。
这一现象可以用波动理论解释。
当光通过一个狭缝或者物体边缘时，光波会发生弯曲和绕射，导致光的传播方向发生改变。
这种改变的现象就称为衍射。
光的衍射能够解释很多现象，如日常生活中看到的光线在挡板后形成的明暗条纹，以及显微镜下细胞和微小物体的清晰成像等。
三、衍射的规律1. 衍射的程度和波长有关：波长越短的光（如紫外光），其衍射现象越明显。
2. 衍射的程度和衍射物体的尺寸有关：如果衍射物体的尺寸远大于入射光的波长，衍射现象相对较明显。
3. 衍射的程度和衍射物体的形状和缝隙大小有关：狭缝越宽，衍射现象越不明显；缝隙越窄，衍射现象越明显。
四、应用1. 衍射的应用之一是在显微镜中。
显微镜利用光的衍射现象，通过调节镜头和光源的位置，可以放大观察微小的物体，如细胞、细菌等。
2. 衍射还广泛应用于光的波导和光纤通信等领域。
光纤通信利用光的衍射特性将信号通过光纤传递，实现信息的快速传输。
3. 衍射也应用于狭缝衍射实验的测量，通过观察衍射图案的特征，可以计算出光的波长等物理量。
总结：光的衍射是光的传播特性中的重要现象之一。
通过了解光的本质、衍射现象的解释、衍射的规律以及应用，我们可以更好地理解光的行为以及利用光进行各种应用的原理。
同时，光的衍射也是科学研究和技术发展中不可忽视的重要领域，对于推动物理学和光学的发展具有重要意义。
大学物理课件光学-3光的衍射
单缝上下平移 --- 条纹分布不变.
用单丝代替单缝的衍射情况 --- 不变.
应用
4、讨 论
I
有那些应用？
l0
2
f
a
sin
3
a
2
a
a
0
2 3
aaa
• 测量波长 • 测量细缝宽度 • 测量细丝直径
例
思考：入射光非垂直入射时光程差的计算？
Δ DB BC
b(sin sin)
（中央明纹向下移动）
A
b
D
B
C
Δ BC DA
b(sin sin)
（中央明纹向上移动）
D A
b
C
B
思考: • AC不等于半波长的整数倍时?
• 明纹强度与级次的关系? 宽度
3、明纹宽度
I
相邻两个暗 纹间的宽度
3
a
2
a
a
0
2
aa
近轴条件： sin
sin
3
a
中央明纹
其它明纹
角宽度 线宽度
0
2
a
l0
2
f
a
k
a
lk
f
a
中央明纹
a
X1
L
1
0 0
f
x1
f tg1
f sin1
f
a
2f
l0 2x1 a
其它明纹
x
L
0 f
x暗 f tg
f sin
f k
a
lk
xk1 xk
f ( k 1 k )
a
a
f
a
讨论
4、讨 论
大学物理光的衍射
利用光的衍射原理，在光纤通信中实现光信 号的传输、调制和检测等功能。
阵列波导光栅（AWG）
用于光纤通信网络中，实现多路光信号的复 用和解复用。
衍射光栅
用于波分复用（WDM）系统中，将不同波 长的光信号分离或合成。
应用领域
光纤通信、光网络、数据中心等。
微型显示技术中衍射元件
微型显示技术
利用衍射元件实现微型化、高清晰度 的显示技术，如头戴式显示器 （HMD）、智能手机等。
02
典型衍射实验及观察
单缝衍射实验
实验装置
包括单色光源、单缝、屏幕等部 分。
光源要求
需要使用单色光，因为不同波长 的光在衍射时产生的干涉图样不 同，单色光可保证实验结果的准 确性。
单缝要求
单缝宽度要远小于光的波长，这 样才能产生明显的衍射现象。
观察结果
在屏幕上可以观察到明暗相间的 衍射条纹，中央条纹最亮，两侧
波动理论与衍射
波动理论
光具有波动性质，可以看作是一种电磁波。光的衍射现象可以用波动理论来解释。
衍射的解释
当光波遇到障碍物或小孔时，障碍物或小孔的尺寸与光波的波长相当或更小时，光 波会发生明显的衍射现象。这是因为光波在障碍物或小孔的边缘处发生弯曲，使得 光波的传播方向发生改变。
惠更斯-菲涅尔原理
惠更斯-菲涅尔原理
衍射光学与计算光学的融合
随着计算机技术的不断发展，计算光学在衍射光学中的应用将越来越广 泛。未来，衍射光学与计算光学的融合将成为光学领域的重要发展趋势， 为光学设计和制造带来更多的可能性。
THANKS
感谢观看
条纹依次递减。
双缝干涉与衍射比较
实验装置
双缝干涉实验与衍射实验装置类似，只是在单缝处 改为双缝。
光学中的衍射现象
光学中的衍射现象在物理学中，光学是一个非常有趣的领域。
它研究的是光的传播和相互作用。
光可以被看作是一种波动现象，因此在光学中经常涉及衍射现象。
衍射是指光线遇到障碍物时发生的弯曲或偏离原来直线传播路径的现象。
衍射现象是基于绕射波的波动理论，这是一种解释光的传播方式的理论框架。
当光射到一个有不规则边缘的物体上时，例如一个狭缝或一个小孔，光波将会沿着物体的边缘发生弯曲。
这种弯曲现象被称为衍射。
一个经典的衍射实验是杨氏双缝实验。
这个实验是由英国科学家托马斯·杨于1801年提出的。
在这个实验中，一束单色光通过一个有两个狭缝的板。
当光通过狭缝后，它们会在屏幕上形成一系列亮暗交替的条纹。
这些条纹被称为干涉条纹。
这些干涉条纹的形成是由相干光的干涉效应引起的。
相干光是指具有相同频率且相位保持一致的光波。
当两束相干光相遇时，它们会产生干涉，形成干涉条纹。
衍射现象在实际应用中有广泛的应用。
例如，在日常生活中，我们常常会看到彩虹。
彩虹是由太阳光经过大气中空气和水滴的衍射和折射效应形成的。
当太阳光照射到水滴上时，光会发生折射而进入水滴内部，然后被反射并衍射出来。
不同的颜色由于折射和衍射的不同会在空中形成不同的角度，最终形成了彩虹。
在光学设备中，衍射也被广泛应用。
例如，在显微镜中，衍射光学是用来增强图像的清晰度和对比度的。
显微镜中的物镜和目镜都有涉及到衍射现象。
此外，衍射还是一些高级光学现象的基础。
例如，衍射也可以解释X射线衍射和电子衍射。
这些衍射现象在晶体学和材料科学的研究中都有很重要的应用。
总的来说，光学中的衍射现象是一个非常有趣的领域，它是光学研究中的一个关键概念。
衍射现象不仅有理论上的意义，在实际应用中也有广泛的应用。
通过研究和理解衍射现象，我们可以更好地理解光学的基本原理，并且可以应用到各种领域中，从而推动科学和技术的发展。
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一.填空题1.1 波面是指波在传播时（同位相 ）点的集合，这些点的轨迹是一个（等相面）面。
1.2 惠更斯原理是指：任何时刻波面上的每一点都作为（次波）的波源,各自发出（球面）次波,在以后的任何时刻,所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的（新波面）。
1.3 惠更斯引入（子波 ）的概念提出了惠更斯原理，菲涅耳再用（子波干涉 ）的思想补充了惠更斯原理，发展成了惠更斯－菲涅耳原理。
1.4 爱里班的半角宽度是（Dλ=θ∆22.1 ）。
1.5 一远处点光源的光照射在小圆孔上,并通过圆孔后紧靠孔的会聚透镜,在透镜焦面上,将不是出现光源的几何象点,而是一个衍射斑,衍射斑对小孔中心展开的角大小与（入射光波长）成正比，与（ 圆孔直径（或半径） ）成反比。
1.6 光栅衍射强度分布受到（ 单缝衍射 ）和（缝间干涉 ）的共同作用。
1.7 光栅衍射图样是（单缝衍射 ）和（ 缝间干涉 ）的总效果。
1.8 光栅衍射中，光栅常数为d ，缝数为N ，相邻两个主最大之间有(N-1 )个最小和（ N-2 ）个次极大。
1.9 通过衍射光栅观察到的衍射花样，主最大的位置与缝数N （无关）；但他们的宽度随N的增大而（ 减小 ），其强度正比于（ N 2 ），而相邻主最大之间有（ N-1 ）条暗纹和（ N-2 ）个次极大。
1.10 光栅方程为（λ=θk sin d 或者λ=α±θk d sin sin d ）。
1.11 平行单色光垂直入射在缝宽为a=0.15 mm 的单缝上，缝后有焦距为f=400 mm 的凸透镜，在其焦平面上放置观察屏幕，现测得屏幕上中央明条纹两侧的两个第三级暗条纹之间的距离为8 mm ，则入射光的波长为λ=（ 500nm ）。
1.12 一毫米内有500条刻痕的平面透射光栅， 用平行钠光束（λ=589nm ）与光栅平面法线成30˚角入射，在屏幕上最多能看到第（ 5 ）级光谱。
1.13 若在某单色光的光栅光谱中第三级谱线是缺级，则光栅常数与缝宽之比（a+b ）/a 的各种可能的数值为（ 3 ）1.14 在透光缝数为N 的平面光栅的衍射实验中,中央主极大的光强是单缝衍射中央主极大光强的（N 2 ）倍,通过N 个缝的总能量是通过单缝的总能量的（ N ）倍。
1.15 一远处点光源的光, 照射在小圆孔上,并通过圆孔后紧靠孔的会聚透镜,在透镜焦面上,将不是出现光源的几何象点,而是一个衍射斑,衍射斑对小孔中心展开的角大小与（ 照射光波长 ）成正比与（ 圆孔的直径或半径）成反比。
1.16 惠更斯—菲涅耳原理的基本内容是：波阵面上各面积元所发出的子波在观察点P 的（ 干涉或答相干叠加 ），决定了P 点的合震动及光强。
1.17 在单缝夫琅和费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若钠黄光(λ≈589nm)的中央明纹宽度为4.0mm ，则λ=442nm 的蓝紫色光的中央明纹宽度为（3.0mm ）。
1.18 一束单色光垂直入射在光栅上，衍射光谱中共出现5条明纹。
若已知此光栅缝宽度与不透明部分宽度相等，那么在中央明纹一侧的两条明纹分别是第( 一 )级和第( 三 )级谱线。
1.19 单色平行光垂直照射一狭缝，在缝后远处的屏上观察到夫琅和费衍射图样，现在把缝宽加倍，则透过狭缝的光的能量变为( 2 )倍，屏上图样的中央光强变为( 4 )倍.1.20 一双缝衍射系统，缝宽为b ，两缝中心间距为d 。
若双缝干涉的第±4,±8, ±12, ±16,…级主极大由于衍射的影响而消失（即缺级），则d/b 的最大值为( 4 ).1.21 半径为ρ=1.2cm 的不透明圆盘与波长为λ=600nm 位于圆盘轴线上的点光源间距为R=10m.在圆盘后面r 0=10m 处的轴线上P 点观察，该圆盘遮住的半波带个数k=( 48 ).1.22 一会聚透镜，直径为3cm ，焦距为20cm. 照射光波长550nm. 为了可以分辨，两个远处的点状物体对透镜中心的张角必须不小于( 2.24×10-5 )rad （弧度），在透镜焦平面上两个衍射图样的中心间的距离不小于( 4.47 )μm.1.23 平行单色光垂直入射于单缝上，观察夫琅禾费衍射。
若屏上P 点处为第二级暗纹，则单缝处波面相应地可划分为( 4 )个半波带。
若将单缝宽度缩小一半，P 点处将是( 1 )级( 暗 )条纹。
1.24 用波长为546.1 nm 的平行单色光垂直照射在一透射光栅上，在分光计上测得第一级光谱线的衍射角为θ=30°。
则该光栅每一毫米上有（ 916 ）条刻痕。
1.25 单色平面光照射到一小圆孔上，将其波面分成半波带。
若极点到观察点的距离 r 0 为 1m ，单色光波长为 450nm ，此时第一半波带的半径（ 0.067缺单位）。
1.26 平面光的波长为 480nm,垂直照射到宽度为 0.4mm 的狭缝上,会聚透镜的焦距为 60cm.当缝的两边到 P 点的相位为π/2 和π/6 时,P 点离焦点的距离为（ 0.018cm ）、（ 0.006cm ） 。
1.27 在单缝夫琅和费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小。
若以钠黄光(λ1＝589nm)为入射光，中央明纹宽度为4.0mm ；若以蓝紫光(λ2＝442nm)为入射光，则中央明纹宽度为（ 3mm ）。
1.28 单色光1λ=720nm 和另一单色光2λ经同一光栅衍射时，发生这两种谱线的多次重叠现象。
设1λ的第1k 级主极大与2λ的第2k 级主极大重叠。
现已知当1k 分别为2, 4, 6,, 时，对应的2k 分别为3, 6, 9,, 则波长2λ=（ 480nm ）。
1.29 为测定一个光栅的光栅常数，用波长为632.8nm 的单色光垂直照射光栅，测得第一级主极大的衍射角为18°，则光栅常数d =（ 2047.8n m ）；第二级主极大的衍射角θ =（ 38.3︒ ）。
1.30 一宇航员声称，他恰好能分辨他下方距他为H =160km 的地面上两个发射波长550nm 的点光源。
假定宇航员的瞳孔直径D =5.0mm ，则此两点光源的间距为x ∆=（21.5m ）。
1.31 在比较两条单色X 射线谱线波长时，注意到谱线A 在与某种晶体的光滑表面成30︒的掠射角时出现第1级反射极大。
谱线B （已知具有波长0.097nm ）则在与同一晶体的同一表面成60︒的掠射角时出现第3级反射极大，则谱线A 的波长为A λ=（ 0.17nm ）；晶面间距为d =（ 0.168nm ）。
二. 选择题3.1 根据惠更斯－菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S ，则S 的前方某点P 的光强度决定于波阵面S 上所有面积元发出的子波各自传到P 点的（ D ）A ：振动振幅之和B ：光强之和C ：振动振幅之和的平方D ：振动的相干叠加3.2 单色平面波照射到圆孔上，将其波面分成半波带，若入射光波长为λ，波面中心到场点距离为0r ，则第k 个带的半径为（ A ）A ：λ=k r R k 0B ：0r k R k λ=C ：λ=0kr R kD ：20λ=k r R k 3.3 测量单色光的波长时，下列方法中哪一种方法最为精确？( D )A ：双缝干涉B ：牛顿环干涉C ：单缝衍射D ：光栅衍射3.4 在夫琅禾费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹( B )A ：对应的衍射角变小B ：对应的衍射角变大C ：对应的衍射角也不变D ：光强也不变3.5 在菲涅尔圆屏衍射的几何阴影中心处（ A ）A ：永远是个亮点，其强度只与入射光的光强有关B ：永远是个亮点，其强度随着圆屏的大小而变C ：有时是亮点，有时是暗点D: 永远是暗点3.6 对于夫琅和费单缝衍射装置，若将单缝的宽度减小，则（ B ）A ：零级衍射条纹变窄B ：零级衍条纹变宽C ：零级衍射条纹与单缝不平行D ：一切不变3.7 在单缝夫琅禾费衍射实验中，若增大缝宽，其他条件不变，则中央明条纹( A )A ：宽度变小B ：宽度变大C ：宽度不变，且中心强度也不变D ：宽度不变，但中心强度增大3.8 在菲涅耳圆孔衍射中，轴线上衍射点的波带数与多种因素有关，当光源位置和观察点P位置一定时，波带数与孔径ρ和波长有关（ A ）A ：孔径愈大，波长愈短，波带数愈多B ：孔径愈小，波长愈长，波带数愈多C ：孔径愈小，波长愈短，波带数愈多D ：孔径愈大，波长愈长，波带数愈多3.9 一束白光垂直照射在一光栅上，在形成的同一级光栅光谱中，偏离中央明纹最远的是( D )A ：紫光B ：绿光C ：黄光D ：红光3.10 在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为λ的单色光垂直入射在宽度为a ＝4λ的单缝上，对应于衍射角为30°的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为（ B ）个A ：2B ： 4C ： 6D ：8 3.11 一束波长为λ的平行单色光垂直入射到一单缝AB 上，装置如图．在屏幕D 上形成衍射图样，如果P 是中央亮纹一侧第一个暗纹所在的位置，则BC 的长度为（ B ） A ： 2λ B ：λ C ：23λ D ：λ2 3.12 在如图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，若将单缝沿透镜光轴方向向透镜平移，则屏幕上的衍射条纹( C ) A ：间距变大B ：间距变小C ：不发生变化D ：间距不变，但明暗条纹的位置交替变化 3.13 如果单缝夫琅禾费衍射的第一级暗纹发生在衍射角为ϕ=30°的方位上．所用单色光波长为 =500 nm ，则单缝宽度为( C )A ：2.5×10-5 mB ：1.0×10-5mC ：1.0×10-6 mD ：2.5×10-7 m3.14 一单色平行光束垂直照射在宽度为1.0 mm 的单缝上，在缝后放一焦距为2.0 m 的会聚透镜．已知位于透镜焦平面处的屏幕上的中央明条纹宽度为2.0 mm ，则入射光波长约为( C )A ：100 nmB ：400 nmC ：500 nmD ：600 nm3.15 在单缝夫琅禾费衍射实验中波长为λ的单色光垂直入射到单缝上．对应于衍射角为30°的方向上，若单缝处波面可分成 3个半波带，则缝宽度a 等于( D )A ： 0B ： 1.5C ：2D ：33.16 波长为500nm 的单色点光源离光阑1m ，光阑上有一个内外半径分别为0.5mm 和1mm的透光圆环，接收点P 离光阑1m ，P 点得光强I 与没有光阑时的光强度 I 的比为( D )屏幕A ：1B ：2C ：3D ：43.17 波长为500nm 的单色光垂直照射到宽度a=0.25 mm 的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹．今测得屏幕上中央明条纹一侧第三个暗条纹和另一侧第三个暗条纹之间的距离为d=12 mm ，则凸透镜的焦距f 为 ( B ) A ： 2 m B ：1 mC ： 0.5 mD ：0.2 mE ： 0.1 m3.18 波长 为 λ的点 光源经波带片成一个像点 , 该波 带片有 100 个透 明奇数半波带(1,3,5,……)。