光(3)-衍射

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1、上次课的内容复习薄膜干涉属于分振幅法产生相干光束.k=0,1,2,3 一.等倾干涉1 薄膜各处厚度e相等,入射角度i为零时;增反膜增反膜 增透膜增透膜2 薄膜等厚,即e=常数, 入射光有不同的入射角.干涉图样是一组明暗相间的同心圆环,内疏外密,中央级 次高与外缘.k=1,2,3 (平行光入射且入射角度i为零)二.等厚干涉1劈尖干涉2牛顿环干涉明环半径:其中:k=1,2,3 暗环半径:其中:k=0,1,2,3 明暗相间同心圆环,内疏外密,中央级次低于外缘的级次.光束2和1发生干涉 若 、M2平行 等倾条纹 若 、M2有小夹角 等厚条纹2211半透半反膜补偿板反 射 镜反射镜光源观测装置薄膜则有：

2、若M1平移d干涉条移过N条SM2M1G1G2E若光路1中插入待测介质M11ln产生附加光程差：相应移过 N 个条纹时迈克耳逊干涉仪应用1应用2用迈克耳孙干涉仪测微小的位移若入射光波波长 628.9 nm，当动臂反射镜移动时，干涉条纹移 动了2048条，反射镜移动的距离d_在双缝干涉实验中，入射光的波长为，用玻璃纸遮 住双缝中的一个缝，若玻璃纸中光程比相同厚度的 空气的光程大2.5 ，则屏上原来的明纹处 (A) 仍为明条纹； (B) 变为暗条纹； (C) 既非明纹也非暗纹； (D) 无法确定0.644mm B练习波长为 的光几乎垂直地入射到厚度为 t，折射率为n2 的薄膜中，薄膜下面是一折射率为

3、 n3 的无限厚膜， 如n3n2n1，那么下面的式子反射光能产生相长干涉 的有：n1n2n3t薄膜A. 2t 0 B. 2t = C. 2n2t = D. 2n2t = /2 E. 2n1t = F. 答案A和B.#1a1201013a练习波长为 的光几乎垂直地入射到厚度为 t，折射率为n2 的薄膜中，薄膜下面是一折射率为 n3 的无限厚膜，如 n3n2n1，那么下面的式子中反射光能产生相消性干 涉的有(设 1 、2、 3分别为光在折射率为n1、n2、n3 介质中的传播波长 ） ：n1n2n3t薄膜A. 2t 0 B. 2t = 1 /2 C. 2t = D. 2t = 2/2 E. 2t =

4、 2 F. 答案A和B.#1a1201013b练习A. 500 nm B. 500/1.5 nm C. 500/1.3 nm D. 500/2 nm E. 500 /3 nm F. 0 G. 不能产生相干性干涉波长为500 nm的光几乎垂直地入射到厚度为 t，折射 率为n2的薄膜中，薄膜下面是一折射率为 n3 的无限厚 膜，如果 n1=1，n2=1.5，n3=1.3，那么反射光能产生 相消性干涉的最小薄膜厚度为：n1n2n3t薄膜#1a1201013c注意：n2n3练习波长为 的单色光由空气几乎垂直地入射到厚度为 t ，折射率为n的薄膜上，薄膜置于空气中。为使反射 光干涉加强，那么最小薄膜厚度

5、：A. t 0 B. t = /2 C. t = /3n D. t = /4n E. t = /2n F. 答案A和B.#1a1201014dnt薄膜练习A.干涉条纹间距变宽 B.干涉条纹间距变窄 C.干涉条纹间距不变，条纹向 着棱边移动 D.干涉条纹间距不变，条纹远 离棱边移动 E.干涉条纹没有变化 F.干涉条纹消失如图所示，观察薄膜劈尖等厚干涉装置，如果增 加劈尖的楔角 #1a1201015a练习A.干涉条纹间距变宽 B.干涉条纹间距变窄 C.干涉条纹间距不变， 条纹向着棱边移动 D.干涉条纹间距不变， 条纹远离棱边移动 E.干涉条纹没有变化 F.干涉条纹消失如图所示观察薄膜劈尖等厚干涉装

6、置，如果将劈 尖上板向上移动#1a1201015b练习如图所示观察液体劈尖薄膜等厚干涉装置，如果 要加大条纹间距，可选择： A.增加液体劈尖的楔角 B.加强光强 C.换用折射率较小的液体 D.劈尖上板向上移动 #1a1201015c练习如图所示，两个直径有微小差别的彼此平行的滚柱之 间的距离为L，夹在两块平晶的中间，形成空气劈形 膜，当单色光垂直入射时，产生等厚干涉条纹如 果滚柱之间的距离L变小，则在L范围内A.干涉条纹的数目减少,间距变大 B.干涉条纹的数目不变,间距变小 C.干涉条纹的数目增加,间距变小 D.干涉条纹的数目减少,间距不变 L#1a1201015d练习利用空气劈尖检测工件平整

7、度,得到如图的等厚干 涉条纹,则平玻璃下面的工件表面A.在平行棱边方向有一微小 突起的痕B.在平行棱边方向有一微小 凹陷的痕C.在垂直棱边方向有一微小 突起的痕D.在垂直棱边方向有一微小 凹陷的痕待 测 表 面标准平玻璃CABD#1a1201016a练习两块平板玻璃构成一空气劈尖,用单色平行光垂 直照射,在反射光中观察到干涉条纹,其间距为 0.35cm.若在此劈尖中充入某种液体,条纹间距变 为0.3cm.距棱边3.15cm处A.在充入液体前条纹是明,充入液体后条纹还是明 B.在充入液体前条纹是暗,充入液体后条纹还是暗 C.在充入液体前条纹是明,充入液体后条纹是暗 D.在充入液体前条纹是暗,充入

8、液体后条纹是明#1a1201017c练习把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置当平 凸透镜慢慢地向上平移时，由反射光形成的牛顿环 A.向中心收缩，条纹间隔变小 B.向中心收缩，环心呈明暗交替变化 C.向外扩张，环心呈明暗交替变化 D.向外扩张，条纹间隔变大#1a1201018a练习用He-Ne激光照射牛顿环,=500nm,测得第k 个暗环半 径3 mm第k+5个暗环半径5 mm.则平凸透镜的曲率半径.A.100mB.0.8mC.10mD.6.4mE.以上都不对#1a1201018b练习在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为 n、厚度为d的透明薄片，此时这条光路的光程改变 了 A.2(n

9、-1)d B.2nd C.2(n-1)d+/2 D.nd #1a1201019a练习 M11dn用迈克耳逊干涉仪观察单色光的干涉，当反射镜M1 移动0.1mm时，瞄准点的干涉条纹移过了400条，那 么所用波长为A.500nmB.498.7nmC.250nmD.125nmE.以上数据都不对#1a1201019b练习平板玻璃(n0=1.50)上有一个油滴(n=1.25),当油滴逐渐展 开为油膜时,以单色(=500nm)平行光垂直照射,反射光 的干涉条纹为：A.明暗相间的同心圆环是一等倾干涉 B.明暗相间的同心圆环是一等厚干涉 C.明暗相间的直条纹环是一等倾干涉 明暗相间的直条纹环是一等厚干涉 A.

10、以上都不对#1a1201020a练习平板玻璃(n0=1.50)上有一个油滴(n=1.25),当油滴逐渐展 开为油膜时,以单色(=500nm)平行光垂直照射,反射光 的干涉条纹为明暗相间的同心圆环：A.中心为零级明纹.随油膜扩散,环 纹变宽变少 B.最外侧为零级明纹.随油膜扩散, 环纹变宽变少 C.中心为零级暗纹.随油膜扩散,环 纹变窄变多 D.最外侧为零级暗纹.随油膜扩散, 环纹变窄变 E.以上都不对#1a1201020b练习平板玻璃(n0=1.50)上有一个油滴(n=1.25),当油滴逐渐展 开为油膜时,以单色(=500nm)平行光垂直照射,当油膜 中心厚度h=1000nm时,A.可看到2级

11、亮纹, 膜中心是明纹 B.可看到5级亮纹, 膜中心是暗纹 C.可看到5级亮纹, 膜中心是明纹 D.可看到很多级亮纹, 膜中心是介 于明暗之间 E.以上都不对#1a1201020c练习本次课的重点:光的衍射掌握单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律掌握半波带法了解干涉与衍射现象的区别和联系.掌握光学仪器的分辨本领公式波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过 障碍物的边缘前进,这种偏离直线传播的现象 称为衍射现象。一一 光的衍射现象光的衍射现象缝宽由窄变宽时，衍 射条纹变化几何光学是波 动光学在a 时的极限情况.二二. .衍射分类衍射分类S菲涅耳衍射菲涅耳衍射- -近场衍射近场衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射- -

12、远场衍射远场衍射S光源障碍物接收屏 距离为有限远。光源障碍物接收屏 距离为无限远。衍射按光源、衍射屏和观察屏三者的位置关系分为两类：单缝夫琅禾费衍射圆孔夫琅禾费衍射矩形孔夫琅禾费衍射三三. .菲涅耳菲涅耳- -惠更斯原理惠更斯原理菲涅耳的补充假设子波的干涉惠更斯原理:思考：为何衍射条纹与干 涉条纹相象？在波的传播过程中,从同一波阵面上的各点发出的 子波，经传播在空间某点相遇时，这些次级子波要相 干叠加，这一点的振动即是相干叠加的结果。菲涅耳-惠更斯原理SEAKB四四. .单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射1.单缝夫琅禾费衍射实验装置aP狭缝横置考虑屏上一点P 的相干叠加情况衍射角一束单色平行光入

13、射！菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法衍射现象子波干涉的结果单缝边缘两支光线在衍射 角度方向上的光程差asinaBA1). 先考虑边缘两支光线光程差C2. 菲涅耳半波带法C12). 则两个等面积长带皆为 菲涅耳半波带P干涉干涉 相消相消两个半波带在该衍射角度方向对应点发出的光在P点 的光程差都为半个波长,则在P点合成结果相互抵 消。P P点为暗纹中心点为暗纹中心若AC1=C1C=/2菲涅耳半波带过C1与BC波面平行的面将 缝等分为两个纵长带aP BAC三个半波带发出的子波传播到P1点干涉的结果 :菲涅耳半波带法显出亮纹！剩下一个半波带发 的子波在P1点叠加P1P1点位于明纹上点位于明纹上( ( 中心

14、中心) ) 衍射角为时半波带数目的奇或 偶决定了屏上P位置处的亮或暗!半波带数：aaa3. 单缝夫琅禾费衍射明暗纹中心条件:特别注意特别注意：与干涉明暗纹的条件正好相反！4 (暗)5 (明)7(明)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_ 个半波带若将单缝宽度 缩小一半，P点处将是_级_纹波长为的单色光垂直入射在缝宽a=4 的单缝上对 应于衍射角=30，单缝处的波面可划分为_个 半波带 44 第一暗练习练习aBAasinaBAPC思考思考1 1：P点对应的是明纹还是暗纹？答:没有完全抵消，是位于最明和最暗 之间的亮度区域. 但不是亮

15、的中心。思考思考2 2：对应衍射角 为零的各子波相干 情况如何？答：答：各子波衍射光程差为各子波衍射光程差为 零零,P,P点位于为中央亮纹中点位于为中央亮纹中 心心菲涅耳半波带法狭缝在原平面内平行移动狭缝在原平面内平行移动, ,屏上条纹分布如何？屏上条纹分布如何？若光线斜入射，则屏上条纹如何？若光线斜入射，则屏上条纹如何？（在光栅中用到，请记住！）（在光栅中用到，请记住！）P 衍射角答：衍射图象不变！单缝夫琅禾费衍射性质答：衍射图象不变，但随斜入射角度增加条纹 在屏上平移！思考思考3 3：思考思考4 4：例: 单色平行光以角度斜射到宽为a的 单缝,求中央亮纹中心的对应的衍射角解:ABCD 束中的最大光程差如图：AD、BC分别为入射、反射光中央亮纹中心中央亮纹中心总最大光程差：xI0x1x2衍射屏透镜镜观测观测 屏x0f(I)角宽度:一个完整条纹两侧对透镜光心的张角 中央明纹角宽度： 4.单缝夫琅禾费衍射性质1)中央明条纹的角宽度即第一暗纹的衍射角的二倍。当很小时其它明纹角宽度： 第一暗纹1)1)中央明条纹宽度中央明条纹宽度衍射反比律:中央明条纹宽 度是其它明纹宽度的二倍. 明纹的宽度正比于波长,反 比于缝宽.单缝夫