单缝衍射.ppt

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第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射引言：

引言：

波的衍射（绕射）波的衍射（绕射）水水波波通通过过狭狭缝缝后后的的衍衍射射惠更斯原理解释第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射一一光的衍射光的衍射现象现象屏幕屏幕当光线遇到尺寸与光波当光线遇到尺寸与光波长差不多的障碍物时，长差不多的障碍物时，不不再遵循直线传播再遵循直线传播的规律，的规律，能传到障碍物阴影区域内，能传到障碍物阴影区域内，形成形成明暗相间明暗相间的条纹的现的条纹的现象象第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射衍射效果图衍射效果图白白光光第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射圆孔衍射圆孔衍射单缝衍射单缝衍射*第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射衍射图样衍射图样第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射思考：

思考：

1.如何用惠更斯原理解释光的衍射现象？

如何用惠更斯原理解释光的衍射现象？

2.惠更斯原理能解释衍射条纹的明暗分布吗？

惠更斯原理能解释衍射条纹的明暗分布吗？

衍射波在各方向强度不同衍射波在各方向强度不同第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射二二惠更斯惠更斯菲涅尔原理菲涅尔原理各子波是相干波各子波是相干波波前方任一点的光振动是各子波波前方任一点的光振动是各子波相干叠加相干叠加的结果的结果*第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射缝缝讨讨论论1.能够定性解释为什么衍射会出现能够定性解释为什么衍射会出现2.概念概念衍射角衍射角由于光的衍射效应导由于光的衍射效应导致光线致光线偏离原直线方向偏离原直线方向的的角度，直接反映了衍射效角度，直接反映了衍射效应的大小。

应的大小。

衍射角衍射角明暗相间明暗相间的条纹的条纹第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射干涉干涉衍射衍射联系联系区别区别明暗明暗条纹都是光波条纹都是光波相干叠加相干叠加的结果的结果有限有限束光的相干叠加无限无限个子波的相干叠加个子波的相干叠加强调光束间的相互作用强调光束间的相互作用强调强调“绕弯绕弯”传播3.干涉和衍射的比较干涉和衍射的比较讨讨论论第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射三三衍射分类衍射分类夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远缝缝菲菲涅涅尔尔衍衍射射缝缝光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远近场衍射近场衍射远场衍射远场衍射第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射在在实实验验中中实实现现夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射P点的明暗：

点的明暗：

无穷多条衍射角为无穷多条衍射角为衍射光线相干叠加的结果衍射光线相干叠加的结果第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射*四四、单缝、单缝夫琅禾费夫琅禾费衍射模型衍射模型第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射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.）单缝衍射的公式推导单缝衍射的公式推导菲涅尔半波带法菲涅尔半波带法第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射缝长缝长暗纹中心暗纹中心P点为暗纹中心（相邻两个半波带点为暗纹中心（相邻两个半波带干涉相消干涉相消）若若第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射偶数个半波带相互抵消，那么奇数个半波带呢？

偶数个半波带相互抵消，那么奇数个半波带呢？

明纹明纹第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射干涉相消（干涉相消（暗纹中心暗纹中心暗纹中心暗纹中心）干涉加强（干涉加强（明纹中心明纹中心明纹中心明纹中心）（介于（介于明明暗暗之间）之间）中央明纹中心中央明纹中心单缝衍射的明暗条件单缝衍射的明暗条件注意：

注意：

不取不取0第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射讨讨论论1.条纹分布与位置（角位移、线位移）条纹分布与位置（角位移、线位移）根据公式，写出各级明、根据公式，写出各级明、暗纹暗纹的位置的位置条纹位置条纹位置当当较小时，较小时，第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射中央明纹两侧交替分布着各级明暗条纹中央明纹两侧交替分布着各级明暗条纹第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射单缝衍射中，当衍射角单缝衍射中，当衍射角满足满足时时阵面可分为阵面可分为_个半波带。

个半波带。

若将缝宽缩小一半，则此位置将变为若将缝宽缩小一半，则此位置将变为_条纹条纹10明明练习练习1：

对应位置为对应位置为_条纹，此时单缝的波条纹，此时单缝的波暗暗第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射单色光单色光垂直入射到单狭缝上垂直入射到单狭缝上,缝宽为缝宽为a,a,对应于某一对应于某一衍射角衍射角,若满足若满足,则则（A）（A）半波带数目为二个半波带数目为二个,对应第二级明条纹对应第二级明条纹.（B）（B）半波带数目为四个半波带数目为四个,对应第四级明条纹对应第四级明条纹.（C）（C）半波带数目为四个半波带数目为四个,对应第二级暗条纹对应第二级暗条纹.（D）（D）半波带数目为四个半波带数目为四个,对应第四级暗条纹对应第四级暗条纹.练习练习2：

第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射讨讨论论2.明条纹宽度明条纹宽度干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）各级暗条纹的位置各级暗条纹的位置明条纹的宽度明条纹的宽度第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射写出中央亮纹和其他亮纹的角宽度和写出中央亮纹和其他亮纹的角宽度和线宽度线宽度第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射条纹宽度（相邻条纹间距）条纹宽度（相邻条纹间距）除了中央明纹外其它除了中央明纹外其它明纹（暗纹）的宽度明纹（暗纹）的宽度中央明纹的线宽度中央明纹的线宽度第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射波波长为的的单色光垂直入射到色光垂直入射到宽为的的单逢上，逢上，缝后有一焦距后有一焦距为在透在透镜焦平面上焦平面上观察衍射察衍射图样。

求。

求:

（1）中央明中央明纹宽度；度；

（2）两个第三两个第三级暗暗纹的的间距。

距。

的透镜的透镜练习：

练习：

第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射3条条纹纹亮亮度度讨讨论论第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射单缝宽度变化单缝宽度变化入射波长变化入射波长变化单缝单缝上下上下移动移动44单缝衍射的动态变化单缝衍射的动态变化讨讨论论第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射单缝宽度变化，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？

第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.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?

第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射单缝单缝上下上下移动移动第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上.因此，衍射图样因此，衍射图样不变不变第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射小结：

小结：

*Sffa透镜透镜L透镜透镜LpAB缝平面缝平面观察屏观察屏0第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射a12BA半波带半波带半波带半波带12/2/2缝长缝长暗纹暗纹中央明纹中央明纹（中心中心）第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射惠更斯原理及其对衍射现象的解释惠更斯原理及其对衍射现象的解释第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射小结：

小结：

1.什么是光的衍射现象什么是光的衍射现象2.惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理3.光的衍射分类光的衍射分类第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射衍射角衍射角缝缝衍射角：

衍射角：

由于光的衍射效应导致光线偏离原直线方向由于光的衍射效应导致光线偏离原直线方向的角度，直接反映了衍射效应的大小。

的角度，直接反映了衍射效应的大小。

第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射子波在子波在PP点引起点引起的振动振幅的振动振幅第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射例例设有一单色平面波斜射到宽度为设有一单色平面波斜射到宽度为的单缝的单缝上（如图），求各级暗纹的衍射角上（如图），求各级暗纹的衍射角.解解由暗纹条件由暗纹条件第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射例例2如图，一雷达位于路边如图，一雷达位于路边15m处，它的射束与处，它的射束与公路成公路成角角.假如发射天线的输出口宽度假如发射天线的输出口宽度，发射的微波波长是，发射的微波波长是18mm，则在它监视范围内的公路则在它监视范围内的公路长度大约是多少？

长度大约是多少？

提示提示将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝，将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝，衍射波能量主要集中在中央明纹范围内衍射波能量主要集中在中央明纹范围内.第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射根据暗纹条件根据暗纹条件第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射中央明条宽度：

角宽度第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射当当时时，可可将将缝缝分分成成三三个个“半半波波带带”P处近似为明纹中心处近似为明纹中心a/2/2BAa/2/2BA形成暗纹。

形成暗纹。

当当时时,可可将将缝缝分分成成四四个个“半半波波带带”半波带半波带半波带半波带半波带半波带第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射暗纹暗纹明纹明纹（中心中心）中央明纹中央明纹（中心中心）第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射（44）单缝衍射的动态变化单缝衍射的动态变化单缝上移，零级明单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上纹仍在透镜光轴上.单缝单缝上下上下移动，根据透镜成像原理衍射图移动，根据透镜成像原理衍射图不不变变.（3）条纹宽度（相邻条纹间距）条纹宽度（相邻条纹间距）干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）除了中央明纹外的其除了中央明纹外的其它明纹、暗纹的宽度它明纹、暗纹的宽度第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射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.）第第20章章光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射