大学物理——光的衍涉.doc

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1、大学物理——光的衍射章节名称第十八章光的衍射教师姓名王晓勇教学目的（1）了解光的衍射现象。（2）定性了解惠更斯—菲涅尔原理。（3）掌握单缝和圆孔的夫琅和费衍射和用菲涅尔半波带法处理问题。（4）掌握衍射光栅及其原理。教学内容（1）衍射现象的实验例证。（2）定性介绍惠更斯—菲涅尔原理。（3）单缝和圆孔夫琅和费衍射与菲涅尔半波带方法，（4）用半波带方法确定衍射条纹明暗的条件。（5）衍射光栅及其原理。教学重点（1）单缝和圆孔夫琅和费衍射。（2）衍射光栅。教学手段口授、板书、插图、多媒体教学方法以衍射现象为主线，以线串点，介绍惠更斯—菲涅尔原理、夫琅和

2、费衍射和衍射光栅以及分析衍射问题的菲涅尔半波带方法。教学内容教学设计一、光的衍射现象光在传播过程中遇到障碍物后会偏离原来的直线传播方向，并在绕过障碍物后空间各点光强会产生一定规律的分布。如图18-1所示图18-1衍射的分类：菲涅耳衍射：光源、障碍物与屏间距离均有限夫琅和费衍射：光源、障碍物与屏间距离均相距无限远衍射的特点：光束在衍射屏的哪一个方向上受到了限制，则接收屏上衍射图样就会沿该方向扩展；光孔线度越小，对光束的限制越厉害，则衍射图样越扩展，衍射效应越显著。★引出教学内容一、惠更斯-菲涅耳原理惠更斯原理：任何时刻波面上的每一点都作为次波的

3、波源，各自发出球面次波；在以后的任何时刻，所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面。优点：可以用来解释光的直线传播、反射、折射和晶体的双折射等现象。缺点：不能说明衍射的存在，更不能解释波的干涉和衍射现象，而且还会导致有倒退波的存在，而其实不存在倒退波。图18-2惠更斯-菲涅耳原理：补充了次波的基本特征——位相和振幅的定量表示式，增加了“次波相干叠加原理，发展为惠更斯-菲涅耳原理。数学表示：理想单色光波的波动表达式（18-1）复数表示：（18-2）复振幅光强辐角——相位在空间的分布★用图解法定性理解惠更斯-菲涅耳原理。★提出问题,引领

4、学生一起分析。教学内容教学设计图18-2中，障碍物所在平面，观察屏所在平面，光传播到通过波阵面上每一点发出一个子波，所发出的球面子波可表为，面P处的光场由惠更斯原理可表为：（18-3）K是波传播平面与波面法线夹角的函数，r是次波源到P点的距离，指数部分表示子波在P点所引起的振动的周相。注：r与子波面法线之间的夹角越大，在r方向引起的子波振幅愈小，菲涅耳认为，在时，振幅为零，解释了子波为什么不能向后传播的问题。★讲述公式中各项的物理意义，做定性了解一、夫琅和费衍射图18-3菲涅耳衍射是用狭缝、小圆孔或细针演示光的衍射现象，夫琅和费提出一种用透镜

5、来观察平行光线的衍射现象。点光源放在透镜的主焦点上，穿过透镜的光线形成平行光束并垂直射向单缝，穿过单缝的部分再经过另一个透镜，在屏幕上出现衍射图样。图18-3为单缝夫琅和费衍射的实验装置图1.单缝衍射成像的特点:a.相同衍射角的衍射光线在焦平面上会聚为一点。b.光程差决定明（暗）条纹的位置c.衍射条纹由子波发出的有相同衍射角的光线叠加结果决定★菲涅尔半波带法是我们分析问题的手段。教学内容教学设计2.单缝夫琅和费衍射条纹位置的计算图18-4单缝衍射条纹的计算a.菲涅耳半波带方法：相邻两半波带在P点有近似相等的振幅(光强)，相位差相差。b.明暗条

6、纹的位置暗条纹（18-4）明条纹（18-5）的明条纹称为中央明条纹c.光的强度分布当条纹级别增大，光强减小，绝大部分光的能量都集中在中央明条纹中。d.条纹宽度：对于某个给定的角度，单缝处波阵面可分成偶数个波代时，所有波带的作用成对地相互抵消，则在P点处是暗的：波阵面可分成奇数个波带时，P点处是亮的。因此，中央亮条纹的角宽度满足（18-6）如果透镜的焦距为f，则中央亮条纹的线宽度为（18-7）★借助板书，图解推导明暗条纹的位置及宽度等，定性了解条纹的光强。★提问几名学生，引导学生独立思考衍射条纹的几个特征。教学内容教学设计e.单缝衍射花样的特点

7、：各级最大值光强不相等，中央最大值的光强最大，其他次最大值都远小于中央最大值。如果用白光作为光源，由于衍射花样中亮暗条纹的位置与波长有关，条纹的宽度正比与，不同波长产生的衍射花样中除中央最大值外就，将彼此错开，中央条纹是白色的，中央条纹的边缘伴有彩色。当缝宽远大于波长时，衍射角的改变趋于零，可认为衍射花样压缩成一条直线，光可以看成是直线传播。缝宽一般不能恰巧分成整数个波带，因此，在明暗条纹中，亮度分布并不均匀，而是一个渐变的过程。图18-5单缝衍射的强度分布各级明条纹的亮度随着级数的增大而减小。★提问几名学生，引导学生独立思考衍射条纹的几个特

8、征。四、衍射光栅光栅：由大量等宽，等间距的平行狭缝所组成的光学元件，分为透射光栅和反射光栅。光栅常数：一个透光缝宽度a与一个相邻的不透光宽度b之和d=a+b，称为光