《大学物理学》课程教学资源（PPT课件）第13章 光的衍射

第13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s 13-4圆孔衍射分辩率S13-5*X射线的衍射幸日录节回录下一页上一页

章目录 节目录 上一页 下一页 第13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 §13-4 圆孔衍射 分辩率 §13-5* X射线的衍射

S13-1光的衍射惠更斯一菲涅耳原理光的衍射现象光在传播中遇到障碍物，使波面受到限制时，能够绕过障碍物继续前进，且在障碍物背后的儿何阴影区光强重新分布的现象。a光源单缝6屏幕绕过障碍物；强度分布也不均勺章目录节日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §13-1 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 绕过障碍物；强度分布也不均匀 光在传播中遇到障碍物，使波面受到限制时，能够绕过障碍物继续前进， 且在障碍物背后的几何阴影区光强重新分布的现象。 一、光的衍射现象 屏幕 a b S 光源 单缝

S13-1光的衍射惠更斯一菲涅耳原理衍射是否显著取决于障碍物尺寸与波长的关系光源光源aSSb单缝b单缝屏幕屏幕缝的宽度接近光的波长，衍射现缝的宽度远大于光的波长，衍射象显著，儿何光学无法解释。不明显，直线传播的几何光学可以解释。如何解释呢？章目录节回录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §13-1 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 单缝 a b S 光源 屏幕 屏幕 a b S 光源 单缝 衍射是否显著取决于障碍物尺寸与波长的关系 缝的宽度远大于光的波长，衍射 不明显，直线传播的几何光学可 以解释。 缝的宽度接近光的波长，衍射现 象显著，几何光学无法解释。 如何解释呢？

S13-1光的衍射惠更斯一菲涅耳原理惠更斯-菲涅耳原理子波假设：波阵面上的每一点都可看成是发射子波的新波源，任意时刻子惠更斯1690年波的包迹即为新的波阵面。什△t时刻波面t时刻波面1波传播方向能解释光波的传播解释光波绕过障碍物不能说明在不同方向上波的强度分布，不能完全解释光的衍射。幸日录节录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §13-1 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 二、惠更斯－菲涅耳原理 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。 -惠更斯1690年 不能说明在不同方向上波的强度分布，不能完全解释光的衍射。 t 时刻波面 t+t时刻波面 波传播方向 能解释光波的传播 解释光波绕过障碍物

S13-1光的衍射惠更斯一菲涅耳原理子波满足相干条件：从同一波阵面上各点发出的子波，满足相干条件，是相干波;子波传播到空间某一点时，各子波在该点的相干叠加而产生干子波相干叠加：涉现象。菲涅耳1818年E??惠更斯菲涅尔原理：子波与子波的相干叠加节回录章日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §13-1 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 惠更斯——菲涅尔原理：子波与子波的相干叠加 子波满足相干条件：从同一波阵面上各点发出的子波，满足相干条件，是相干 波； 子波相干叠加：子波传播到空间某一点时，各子波在该点的相干叠加而产生干 涉现象。 -菲涅耳1818年

S13-1光的衍射惠更斯一菲涅耳原理惠更斯一菲涅耳原理的数学表述：nSeds波面面元面元发出的子波在P点引起的振动为：dE=dEocosl@t-2元+Po2菲涅耳假设：dE。 oc ds正比于面元面积：1振幅反比于距离：dE.8dE, oc K()随角的增大而单调减小：K(O)单调递减函数，且≥90°：K(の)=0无倒退子波幸日录节回录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §13-1 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 惠更斯－菲涅耳原理的数学表述： ds S P r n  波面 面元发出的子波在P点引起的振动为： 面元 0 cos[( 2 ) 0 ]  =  −  + r d E d E t 菲涅耳假设： 正比于面元面积： 反比于距离： 随角的增大而单调减小： 振幅 d d E s 0  0 1 dE r  d ( ) E K 0   K( )  单调递减函数，且   = 90 : ( ) 0 K 无倒退子波

S13-1光的衍射惠更斯一菲涅耳原理所有面元发出的次波在P点的相干叠加为：E = (_ck() Eo cos(ot -2元-+po)ds2.说明：（1）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。（2）原则上，菲涅尔公式可以讨论一般衍射问题。但只对某些简单情况才能精确求解。(3)由于直接积分很复杂，所以常常利用“半波带法”（代数加法）和“振幅矢量加法”(图解法)。幸日录节录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §13-1 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 d s r E t r k E C S = cos( − 2 + ) ( ) 0 0     说明： （1）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。 （2）原则上，菲涅尔公式可以讨论一般衍射问题。但只对某些简单情况才能精确求 解。 （3）由于直接积分很复杂，所以常常利用“半波带法”（代数加法）和“振幅矢量 加法”（图解法)。 所有面元发出的次波在P点的相干叠加为：

S13-1光的衍射惠更斯一菲涅耳原理三、菲涅耳行射和夫琅禾费行射衍射系统一般由光源、衍射屏、接收屏组成，通常按三者的相对位置将衍射分为两大类：夫琅禾费衍射菲涅耳衍射光源光源衍射屏接收屏衍射屏接收屏衍射屏、光源和接收屏之间（或二者之一）衍射屏与光源和接收屏三者之间均均为有限远。为无限远。章日录节录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §13-1 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 衍射系统一般由光源、衍射屏、接收屏组成，通常按三者的相对位置将衍射 分为两大类： 三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 光源 衍射屏 接收屏 衍射屏 接收屏 光源 菲涅耳衍射 夫琅禾费衍射 衍射屏、光源和接收屏之间（或二者之一） 均为有限远。 衍射屏与光源和接收屏三者之间均 为无限远

S13-1光的衍射惠更斯一菲涅耳原理例根据惠更斯一菲涅耳原理，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(A）振动振幅之和(B) 光强之和(C）振动振幅之和的平方(D）振动的相干叠加答：选 (D)章日录节录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §13-1 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 例 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 (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 答：选（D）

S13-2单缝夫琅禾费衍射装置和现象D中央明纹光源D~f屏幕透镜单缝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，其它各级明纹随级数升高，亮度逐渐变暗。节日录章日录上一页下一页

章目录 节目录 上一页 下一页 §13-2 单缝夫琅禾费衍射 一、装置和现象 透镜 单缝 屏 幕 D f 光源 D f  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，其它各级明纹随级数升高，亮度逐渐变暗。 中央 明纹