高中物理奥林匹克竞赛专题——光的衍射课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十四章（2）光的衍射,1 理解,用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响.,2 理解,光栅衍射公式,会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响.,教学基本要求,第十四章（2）光的衍射 1 理解用波带法,第十四章（2）,光的衍射,第一节 光的衍射现象 惠更斯菲涅耳原理,衍射现象及分类,1、衍射现象,S,P,K,a,a,第十四章（2）光的衍射第一节 光的衍射现象 惠更斯,S,P,K,a,a,SPKaa ,圆孔衍射,单缝衍射,*,*,光,波在遇到障碍物时，也能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播.,圆孔衍射单缝衍射*光波在遇到障碍物时，也能绕过障碍物,高中物理奥林匹克竞赛专题光的衍射课件,2.衍射现象的分类,菲涅耳衍射,S,P,K,夫朗和费衍射,S,K,有限,有限,P,2.衍射现象的分类菲涅耳衍射SPK夫朗和费衍射SK有限,实验室实现夫朗和费衍射：,P,S,L,1,L,2,f,1,f,2,实验室实现夫朗和费衍射：PSL1L2f1f2,夫 琅 禾 费 衍 射,光源、屏与缝相距无限远,缝,在实验中实现,夫琅禾费衍射,菲 涅 尔 衍 射,缝,光源、屏与缝相距有限远,夫 琅 禾 费 衍 射光源、屏与缝相距无限远缝在实验中实现,二.惠更斯菲涅耳原理,从同一波阵上各点发出的子波，经传播而在空间某点相遇时，也可相互叠加而产生干涉现象。,二.惠更斯菲涅耳原理,单缝衍射,衍射,圆孔衍射,单缝：宽度远较长度小得多的狭缝。,s,L,1,L,2,k,a,P,第二节 单缝衍射,单缝衍射s,P,E,P,0,f,a,C,B,A,衍射角,A,A,2,A,1,A,3,A,4,B,P,P,0,f,a,B,A,P,0,a,f,B,A,PEP0faCBA衍射角AA2A1A3A4B PP0fa,半波带法：AB AA,1,.A,1,A,2,.A,n,B,整数个半周期带。,特点：,每个波带上下边缘发出的两子波光线,在P点的光程差为,/2，相互抵消。,两个相邻波带间对应点之间的相位差,为,，发出的两子波光线相互抵消。,A,A,2,A,1,A,3,A,4,B,P,E,P,0,f,a,C,B,A,衍射角,半波带法：AB AA1.A1A2.,P-衍射极小（暗纹中心）,（k=1.2.3）,A,A,2,A,1,A,3,B,C,a,若,则 AB 偶数个半波带,（两两半波带发出光线相互抵消）,P-衍射极小（暗纹中心）AA2,若,则 AB 奇数个半波,（两两半波带相消后，剩一个半波带起作用）,P-衍射极大（明纹中心）,（k=1.2.3）,A,A,2,A,1,A,3,B,A,4,C,a,若 AA2A1A3BA4Ca,若 介于以上两者之间,则 P -半明半暗,（k=1.2.3）,衍射极大(明纹中心),（k=1.2.3）,衍射极小(暗纹中心),（k=1.2.3）,若 介于,A,A,2,A,1,A,3,B,C,a,P,A,A,2,A,1,A,3,B,A,4,C,a,P,故：P点为第2级暗纹。,故：P点为第2级明纹。,AA2A1A3BCaPAA2A1A3BA4CaP故：P点,P,E,P,0,f,a,C,B,A,衍射角,X,单缝衍射中的近似处理：,PEP0faCBA衍射角X单缝衍射中的近似处理：,衍射图样：,1,1,2,2,3,3,明纹中心,中央明纹,中心,暗纹,1,1,2,2,3,3,暗纹中心,中央明纹,明纹,衍射图样：1 1 2 2 3 3明纹中心中央,衍射条纹的宽度：,中央明纹的宽度：两条一级暗纹中心的距离。,由图可知：,中央明纹最宽；,其余各级明纹的宽度相同；,中央明纹的宽度是其它各级明纹宽度,的两倍。,衍射条纹的宽度：,衍射条纹角宽度：,中央明纹区域：两条一级暗纹中心的距离。,所以：k=1，,a,sin,=,取一边：sin =,/a,=arcsin,/a,通常：很小，则：,/a,/a ,半角宽度,2 2,/a ,中央明纹区的角宽度,1,1,2,2,3,3,中央明纹,衍射条纹角宽度：1 1 2 2 3 3中央,衍射条纹的光强分布：,其中，中央明纹集中了84的衍射光强。,衍射条纹的光强分布：其中，中央明纹集中了84的衍射光强。,衍射图样的特征：,光强分布：中央明纹最亮，集中84,%,的光强，其它条纹光强随级次升高而减弱。,当a一定，,不同，则衍射条纹的位置不同，,白光照射，中央为白色，其余各级条纹因,不同，产生由紫 红的彩色衍射条纹。,a 衍射减弱，条纹变密；,一定 a 衍射加强，条纹变疏。,a ，直线传播，不产生衍射。,衍射图样的特征：,高中物理奥林匹克竞赛专题光的衍射课件,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？,越大，越大，衍射效应越明显.,入射波长变化，衍射效应如何变化?,越大，越大，衍射效应越明显.入射波长变化，衍射效应如,例题1：在焦距f=1m的会聚透镜的像方焦平面上，观察缝宽为0.4mm的夫琅禾费单缝衍射，已知波长为,1,和,2,，在衍射图样中,1,的第四级暗纹与,2,的第五级暗纹出现在距中央明纹5mm的同一点，试求波长,1,和,2,。,解：由暗纹公式,得,k=1.2.3,例题1：在焦距f=1m的会聚透镜的像方焦平面上，观察缝宽,例题2：在宽度a=6,10,-4,m,，焦距f=0.4m透镜焦平面处的屏上观测单缝衍射条纹。在距中央明纹中心为1.4,10,-3,m,的某点P观察到第三级明纹。求（1）入射光的波长；（2）从点P看来，狭缝处的波面可分为几个半波带？,解：由单缝明纹公式：,例题2：在宽度a=610-4 m，焦距f=0.4m,（2）,（2）,例：入射光为可见光，a=0.6mm，,f,=40cm，屏上距离中心O点,x,=1.4mm处,P,点恰为一明条纹.,求：(1).该入射光波的波长;,(2).P点条纹的级次;,(3).从P点看，对该光波而言，狭缝处被分为多少个半波带.,解：由单缝衍射的明条纹公式,由于,a,f,，,很小,于是,例：入射光为可见光，a=0.6mm，f=40cm，屏上距离中,在可见光范围内，当,k,=3 时，nm 此时，单缝处被分为7个半波带,当,k,=4时，nm此时，单缝处被分为9个半波带。,在可见光范围内，当k=3 时，nm 此时，单缝处被分,作业：237页第20、21、22 题。,作业：237页第20、21、22 题。,第三节.衍射光栅,光栅：大量等距离的平行狭缝所组成。,a 每一个透光狭缝的宽度。,b 两条狭缝之间的距离。,a+b 光栅常数。衍射角。,a+b,光栅常数,f,P,0,P,第三节.衍射光栅光栅：大量等距离的平行狭缝所组成。a+,1.光栅方程：,K=0；中央明纹；,K=1.2.3；一级明纹、二级明纹、.,(正、负号表示各级明纹对称分布在中央明纹的两侧）,(k=0.1.2.3.),1.光栅方程：(k=0.1.2.3.),2.光栅衍射条纹是在光栅的每一个透光缝的 衍射作用的基础上的各缝之间发生相互干涉作用的总体效果。(加插图）,此图分别为有1、2、3、20条狭缝的光栅的衍射条纹。,2.光栅衍射条纹是在光栅的每一个透光缝的 衍射作用的基础上的,3.缺级现象,因：光栅衍射条纹既要满足光栅方程，又要,满足单缝衍射方程,若：衍射光栅必须同时满足,光栅明纹,(k=0.1.2.3.),单缝衍射极小,(k,=1.2.3.),3.缺级现象因：光栅衍射条纹既要满足光栅方程，又要光栅明纹,若：b=a，k=2k，即2.4.6.级缺级；,b=2a，k=3k，即3.6.9.级缺级；,(k,=1.2.3.),若：b=a，k=2k，即2.4.6.级缺级；(,4.光栅衍射图谱,光栅明纹,(k=0.1.2.3.),衍射光谱中，各个不同波长的谱线是按光栅方程有规律地分布的。匀排光谱,白光照射，其衍射光谱中，中央明纹仍是白色，其余各级谱线有紫 红，分色排列。且各级次之间会相互交错。,4.光栅衍射图谱 光栅明纹(k=0.1.2.,例题3：在光栅光谱中，某波长的第三级谱线与波长 的第四级谱线重合，求该谱线的波长。,解：,取“,+,”号的一侧,例题3：在光栅光谱中，某波长的第三级谱线与波长,例4.观察光栅衍射，若a=2b，则衍射图谱中哪些级次出现条纹缺级？,光栅明纹(k=0.1.2.3.),单缝衍射极小(k,=1.2.3.),解：,因为：,b=2a，k=3k，,（,k,=1.2.3.）,所以：k=3.6.9.缺级。,例4.观察光栅衍射，若a=2b，则衍射图谱中哪些级次出,课堂练习：,强度为,I,0,的自然光，连续通过两块偏振片，若两块偏振片偏振化方向的夹角为30,，则通过两块偏振片后的透射光强I 与入射光强,I,0,之比为：【】,A:,;B:;C:;D:,2.,当自然光以58,的入射角射到玻璃的表面上时，若反射光是完全偏振光，则透射光的折射角为：【】,A:22,;B:32 ;C:48;D:58,光学,课堂练习：光学,金属的光电效应的红限波长决定于【】,入射光的频率；B.入射光的强度；,金属的电子逸出功；,入射光的频率和金属的电子逸出功。,一束自然光以,角从空气入射到玻璃表面上，反射光是完全偏振光，则玻璃的折射率为 。,已知某金属产生光电效应的红限波长为,0,，当用波长,0,/2 的光照射时，放出的光电子的最大初动能为 。,光学,金属的光电效应的红限波长决定于【】光学,课堂练习：,波长为546.1nm的平行光垂直地投射到1 mm宽的缝上，若将焦距为1m的透镜置于缝后，并使光聚焦到屏上，问衍射图样的中央明纹到第一级暗纹的距离是多少？正第三级明纹到负第三级明纹的距离是多少？,观察光栅衍射，若a=2b，则衍射图谱中哪些级次出现条纹缺级？,平行单色光垂直入射于单缝上，观察夫琅和费衍射。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。,课堂练习：,