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1、ChapterXXII：光的衍射(DiffractionofLight)§1衍射现象.惠更斯一菲涅耳原理光的衍射衍射屏2>10'4«观察僻观察屏衍射屏(b)透过手指缝看灯，也能看到衍射条纹。1•光的衍射:光在传播过程中，能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播，在光场中形成一定的光强分布的现象。2•分类⑴菲涅耳衍射（Fresneldiffraction）光源和观察屏（或二者之一）离衍射屏的距离有限远。（也称近场衍射）•衍射图形随屏到孔（缝）的距离而变,较复杂。（2）夫琅禾费衍射（Fraimhoferdiffraction
2、）光源和观察屏都离衍射屏无限远。（也称远场衍射）・夫琅禾费衍射是菲涅耳衍射的极限情形。以下仅讨论夫琅禾费衍射。二、惠更斯一菲涅耳原理(Huygens—Fresnelprinciple):・波传到的任何一点都是子波的波源;•各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。§2单缝的夫琅禾费衍射单缝(single-slit)衍射装置:0衍射角AB=a（缝宽）S：单色光源光线正入射二、半波带法（自学）1•何为"半波带”（halfwavezone）?2•怎样画出“半波带”？3•怎样由“半波带”法得出暗纹的位置和次极大
3、的位置?★半波带法只能得出暗纹条件（严格）和次极大位置（近似），无法得出光强公式。单缝的夫琅禾费衍射装置・A—F和B—F的光程差6=«sin&&=0,力=0——中央明纹（中心）t打点明亮程度变差）•当asin&=/l时，可将缝分为两个半波带:1212带带波波半半P处为明纹中心（近似）两个“半波带,，发的光在P处干涉相消形成暗纹。3•当asin&=—2时，可将缝分成三个“半波带，，・当asin&=22时，可将缝分成四个“半波带”，形成暗纹。・一般情况:暗纹条件asin&=±kA,仇=1,2,…)明纹仲心條件asin
4、O=±(2k+l)纟仇=12…)中央明纹(中心)asin&=01、光强公式（用振幅矢量法作）1•定性分析•将缝AB的面积S等分成N（很大）个等宽的窄带，每个窄带宽度Ax=a/N,面积AS•每个窄带发的子波在P点振幅近似相等,设为AA,•相邻窄带所发子波在P点引起的振动的光程差：AL=Axsin6=（a/N）sin&相位差：W很小（・.・N很大）・P点的合振幅Ap就是各子波的振幅矢量和的模，这是多个同方向、同频率，同振幅、初相依次差一个恒量的简谐振动的合成。•对于o点：&=0,40=0AAAo=N/SA・对于其它点
5、P(1)ApvAo(2)当Nt矢量图将变Ao(a)时,(b)为一圆弧。如何？2•定量分析圆弧卷曲情况(C)用振幅矢量法分析单缝AP=Aosinaa(3)屏上不同的P点，其对应的&不同,圆弧的卷曲情况不同。(4)圆弧的长度均为Ao思考：如P点恰为暗条纹,(p=卑^asin&A由图AAP=2/?sin(^Ao=R(p的夫琅禾费衍射令"牛贤sin&单缝衍射光强公式sin2cr其中。二刁厂sin&因二今wsin&是缝两边缘点所发的两光线在P点产生的相位差。a-Tta2sin&是缝中点和一边缘点所发的两光线在P点产生的
6、相位差。四、衍射条纹的特点1・主极大（中央明纹）•位置：在0=0,即&=0处•光强：a=0时,主极大最大光强仲央明纹中心的光强）1•极小（暗纹）•暗纹7=0,出现在"H0,而sina=0的地方，即IF/Ta--^―sin^=土防c,仏=1,2,…)・单缝衍射的暗纹条件asin^=±,@=1,2,…）・暗纹位置sin&=±（A/a）,±2（X/a）,±3（加），…暗纹是等间距的（sin姓标上）。思考：rfsin^=±U是多缝干涉的明纹条件，为何样子相似的asin&=±以却是单缝衍射的暗纹条件？3•次极大：两相邻暗纹
7、间有一个次极大。・位置:可由=0求出有tga=a由作图法可得次极大位置0.0470.017-2（如•（如0Ala2（刀a）sin&sin&=±1.43（刀a）,±2.46（A/a）,±3・47（如，…yJi=tg£•yi=ct••■2兀•-7To7CF2兀a由作图法求单缝衍射次极大的位置ti/h1单缝衍射的（相对）光强曲线•光强I次极大«I主极大可计算出从中央往外各次极大的光强依次为0.04720.0165h，0.0083厶，…4•条纹宽度・中央亮纹：角宽度2(A/a)线宽度2f(AJa)角宽度：亮纹在透镜光心所
8、张的角。・其他亮纹(次极大)角宽度(A/a)线宽度f(A/a)刀片的衍射演示：单缝（缝宽可调）衍射思考：广场上的音柱为何竖放而不横放？☆讨论：（1）缝宽变化对条纹的影响当条纹宽度T若aTO光强曲线接近为水平直线。I—siii00缝宽GT0时的单缝衍射的光强曲线⑵（加）tO的极限情形当（ZQi）tO时，各级明纹向中央靠拢，密集得无法分辨，只显出单一的明条纹,这就是单缝的几何
