11.5单缝衍射和半波带法【春苗教育】

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1、 光的衍射现象光的衍射现象圆孔衍射圆孔衍射PH*S指缝衍射指缝衍射剃须刀片衍射剃须刀片衍射1优讲借鉴11.5 单缝衍射和半波带法单缝衍射和半波带法 11.5.1 惠更斯惠更斯 菲涅耳原理菲涅耳原理 11.5.2 夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 11.5.3 菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法2优讲借鉴复习：复习：10.5.1 惠更斯原理惠更斯原理 波前上每点可看成发射子波的波源，在波前上每点可看成发射子波的波源，在 t 时时刻这些子波源发出的子波，经刻这些子波源发出的子波，经t 时间后形成半时间后形成半径为径为 ut 的球形波阵面，在波的前进方向上这的球形波阵面，在波的前进方向上这些子波波阵面的包

2、迹就是些子波波阵面的包迹就是 t+t 时刻新波阵面。时刻新波阵面。某时刻波前某时刻波前下一时下一时刻波前刻波前决定波的传播决定波的传播方向方向 惠更斯原理不能解释惠更斯原理不能解释衍射波的强度分布。菲衍射波的强度分布。菲涅耳作了补充。涅耳作了补充。3优讲借鉴 干涉是分立的光束干涉是分立的光束相干叠加相干叠加11.5.1 惠更斯惠更斯 菲涅耳原理菲涅耳原理 为定量计算衍射光强分布，菲涅耳对惠更斯为定量计算衍射光强分布，菲涅耳对惠更斯原理作了补充：原理作了补充：（2）光屏上任一点）光屏上任一点P的振动是的振动是S上所有上所有dS发出发出的子波在的子波在P点相干叠加的结果。点相干叠加的结果。（1）波

3、阵面）波阵面S上各面元上各面元dS可以看作一个子波源，可以看作一个子波源，它们都发射相干的球面子波；它们都发射相干的球面子波；干涉和衍射无本质区别：干涉和衍射无本质区别：，衍射指波阵面上（连续的）无限多，衍射指波阵面上（连续的）无限多子波源发出光束的相干叠加。子波源发出光束的相干叠加。4优讲借鉴S 惠更斯惠更斯 菲涅尔原理菲涅尔原理SreS：波阵面上面元：波阵面上面元 (子波波源子波波源)菲涅尔指出菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时，衍射图中的强度分布是因为衍射时，波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定.P P 点振动是各子波在此产生的

4、振动的叠加点振动是各子波在此产生的振动的叠加.子波在子波在 点引起的振动振幅点引起的振动振幅 并与并与 有关有关.rsP：时刻波阵面时刻波阵面 tS*P5优讲借鉴问：问：如何实现夫琅禾费衍射如何实现夫琅禾费衍射？衍射的分类：衍射的分类：菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射夫夫 琅琅 禾禾 费费 衍衍 射射缝缝光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远1L2LSRP在实验中实现在实验中实现夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射菲菲 涅涅 尔尔 衍衍 射射缝缝PS 光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远6优讲借鉴11.5.2 夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射中央明纹中心：中央明纹中心：0 其

5、他明暗条纹位置，可用菲涅耳半波带法求出。其他明暗条纹位置，可用菲涅耳半波带法求出。中央明纹光强最大，其他明纹光强迅速下降，中央明纹光强最大，其他明纹光强迅速下降，光能绝大部分集中在中央明纹内。光能绝大部分集中在中央明纹内。7优讲借鉴夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射衍射角衍射角（衍射角（衍射角 ：向上为正，向下为负：向上为正，向下为负.）bsinbBC ofLPRABsinbQC8优讲借鉴 用用/2分割分割BC，得一系列割点，过各割点作，得一系列割点，过各割点作BC的垂面，这些垂面把缝所截取的入射光的的垂面，这些垂面把缝所截取的入射光的波波阵面阵面分割成一些条形带分割成一些条形带

6、半波带半波带11.5.3 菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法 缝上各点发出的光在缝上各点发出的光在P点的相位差，是由从点的相位差，是由从缝到缝到AC 这一段光程差引起的。这一段光程差引起的。sinaBC 9优讲借鉴12ABa半波带半波带半波带半波带12两个半波带发的光，两个半波带发的光，在在 P 点干涉相消形成暗纹。点干涉相消形成暗纹。/2相消相消相消相消当当 时，时，sina（1）可将缝分为两个半波带可将缝分为两个半波带 sinaBC C10优讲借鉴 在在 P 点形成明纹（近似）点形成明纹（近似）/2aAB 其中两相邻半波带的衍射光相消，其中两相邻半波带的衍射光相消，余下一个半波带的衍射光不被抵消

7、余下一个半波带的衍射光不被抵消a/2AB相消，相消，P 点形成暗纹。点形成暗纹。（3）当）当 时，时，2sin a缝分成四个半波带，缝分成四个半波带，可将可将两相邻半波带的衍射光两相邻半波带的衍射光 23sin a（2）当）当 时，时，可将缝分成三个半波带，可将缝分成三个半波带，CC11优讲借鉴暗纹中心：暗纹中心：，3,2,1sin kka ，3,2,12)1 2(sin kka 0sin a 中央明纹中心中央明纹中心：中央明纹中心和暗纹位置是准确的，其余明中央明纹中心和暗纹位置是准确的，其余明纹中心的位置是近似的，与准确值稍有偏离。纹中心的位置是近似的，与准确值稍有偏离。单缝衍射条纹的位置：

8、单缝衍射条纹的位置：明纹中心明纹中心（近似）（近似）：12优讲借鉴RPLobffffxsintan 第一暗纹距中心的距离第一暗纹距中心的距离fafx1第一暗纹的衍射角第一暗纹的衍射角aarcsin1x中央明纹的半角宽度中央明纹的半角宽度讨论：中央明纹的半角宽度：讨论：中央明纹的半角宽度：一般情况，一般情况，很小很小，13优讲借鉴 光源经光源经透镜所成的几何光学的像透镜所成的几何光学的像 两个第两个第1级暗纹中心间所张的衍射角，级暗纹中心间所张的衍射角，约约为其他明纹宽度的两倍。为其他明纹宽度的两倍。a sin 中 央 明 纹中 央 明 纹的宽度正比于波长，反比于的宽度正比于波长，反比于缝宽。缝

9、宽。衍射条纹向中央密集靠拢衍射条纹向中央密集靠拢 a几何光学几何光学衍射反比定律：衍射反比定律：14优讲借鉴 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？15优讲借鉴越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.1 入射波长变化，衍射效应如何变化入射波长变化，衍射效应如何变化?16优讲借鉴 【思考思考】上下移动缝，衍射条纹变化吗？上下移动缝，衍射条纹变化吗？17优讲借鉴问：问：单缝单缝上下微小上下微小移动时，衍射图有否变化移动时，衍射图有否变化？答答：根据透镜成像原理衍射图：根据透镜成像原理衍射图不不变变.oRf 单缝上移，零单缝上移，零级明纹中心仍在透级明纹中心仍在透镜光轴上镜光轴上.18优讲借鉴 讨论：讨论：下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相等，等，问：问：1）光线）光线 1 与与 3 在幕上在幕上 P 点相遇时点相遇时,两光振两光振动的位相差为什么？动的位相差为什么？2）P 点是明还是暗？点是明还是暗？22sinkb 答答：1）1，3光线光线在在P 点相遇时点相遇时,两光振两光振动的位相差为动的位相差为 .22）P 点是点是暗暗点点.b缝长缝长RP13o2513519优讲借鉴练习：练习：11-64,65,66,67,68,70,71,72,75，77，作业：作业：11-72，7620优讲借鉴