Diffractive Structure Functions at the Tevatron
a r X i v :h e p -p h /0102092v 1 8 F e
b 2001
DIFFRACTIVE STRUCTURE FUNCTIONS AT THE
TEV ATRON
MICHAEL G.ALBROW Fermilab,Wilson Road,Batavia,IL 60510E-mail:albrow@https://www.sodocs.net/doc/4e19110570.html, For the CDF Collaboration
We have studied events with a high-x F antiproton and two central jets with E T >7
GeV in CDF,in pˉp collisions at
√s =1.8TeV).In Single Di?raction ,SD,the p or ˉp emerge with p out =(1?ξ)p in with ξ<0.1(ideally ξ 0.05).It has small 4-momentum
transfer squared t =(p 4in ?p 4out )2
.In hard Double Di?raction ,DD,between a high E T jet at large positive ηand one at large negative ηthere is a rapidity gap of at least 3units,and in hard Double Pomeron Exchange ,DI PE,high E T jets in the central region have rapidity gaps on both sides,with a leading p and ˉp .In SD,we can consider an exchanged entity,which we can call the pomeron I P for convenience (though there can be some other reggeons I R exchanged too),with momentum fraction ξ.If a pair of high E T jets are produced,with pseudorapidities η,we can calculate the Bjorken-x ,x Bj ,of the scattering partons from:a
x Bj =
1s
JET S
E T e ±η.(1)If the interacting partons have fractional momenta βof I P,then β=
x Bj
√
a Strictly
speaking,the formula should have true rapidity y not pseudorapidity η.
1
where the+(–)sign is for di?ractively scatteredˉp(p).(The p have large posi-tiveη.)We de?ne a di?ractive structure function F(ξ,t,x Bj,Q2).In pomeron language,we measure the parton distribution function in the I P.In structure function language,we measure the F of the p(orˉp)when we have a large gap or a leading p(orˉp).
In Run I we measured,using the rapidity gap technique,the di?ractive production of di-jets,W,high E T b-jets,and J/ψ,and Jet-Gap-Jet JGJ events. Then,for the last two months of the run,we installed scintillating?ber tracking hodoscopes in roman pots to detect di?ractively scatteredˉp.We measured ˉp JJ(SD)1andˉp JJG(DI PE)2events.The central detectors consist of tracking chambers in a1.5T solenoidal?eld,surrounded by sampling electromagnetic and hadronic calorimetry used here for measuring particles and jets.
Our studies of di?raction using rapidity gaps can be summarized by saying
√
that for all hard processes(at
s=630and1800GeV.They compared ratios of these conditions with Monte Carlo predictions with hard,soft or?at g-distributions in the pomeron. None of these choices?ts the data.It is possible to compare the data to a prediction with a?at distribution and extract an e?ective distribution;also to use equ.(1)and(2)to estimate x p andξ.However,what one really wants to do is to tag the I P by measuring the quasi-elastic(anti-)proton,so that one can measure the di?ractive structure functions directly.
2Single Di?raction with measuredˉp
Near the end of Run I we installed small(2cm×2cm)scintillating?ber x,y hodoscopes in three roman pots56m downstream from CDF.Antiprotons are
measured after passing through81.6Tm of dipole?eld.In one low luminosity √
run at
1.0GeV2)reduces to1,639k events.Of these,30.4k=1.86%have at least2 jets with E T>7GeV.For comparison we took342k non-di?ractive events, of which3
2.6k=10.9%have at least two7GeV jets.The main reason why ND events are6times richer in jets than SD events is the higher available energy(1800GeV cf
√
ND )(xˉp,ξ)and the ND di-jet e?ective structure function
be:
F jj(xˉp)=xˉp g(xˉp)+4
ND
)(xˉp,ξ)×F jj(xˉp)(5) and through the change of variablesβ=xˉp
ND )(xˉp)for di?erentξis shown in Fig.1vs x Bj(antiproton)
=xˉp.It is not?at,showing that when a lower x Bj parton gives rise to the jets it is more likely(than a higher x Bj parton)to be a di?ractive event.The middle part of the distribution,not a?ected by kinematic boundaries,?ts a power law:
R(
SD
10
10
10
1
R ～
(x
)
Figure 1.Ratio of di?ractive to non-di?ractive di-jet event rates as a function of x Bj .Di?erent ξregions are plotted separately and displaced for clarity.
0.1
1
0.1
1
10
β
F ～D
J J (β)
Figure 2.Data βdistribution (points)compared with expectations from di?ractive deep inelastic scattering (H1).The dashed(dotted)lines are from H1?t 2(3).
4
When we change variables and plot F D jj(β)vsβwe?nd(see Fig.2)a falling distribution with no sign of aβ=1peak(“superhard pomeron”)and normalization a factor>10lower than the H1?ts(ep).This is showing a breakdown of(ep?pp)factorization.The x Bj(antiproton)andβdistributions appear to be independent ofξfrom0.035to0.095;we have a factorizing form for10?3
√
)(xˉp),now we can plot R(DPE
ND
expect these quantities to be equal;in fact the latter is a factor≈5higher. This does not seem to be due to the di?erentξranges of the p andˉp,as we saw before noξ-dependence in R(SD
光的干涉和衍射的区别与联系
光的干涉和衍射的区别与联系 光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础性学 科,其中光的干涉与衍射现象是光学课程最主要的内容之一 ： 也是现代光学的基础。如傅立叶光学，全息学，光传输和光波导等理论基础。 干涉和衍射现象是一切波动所特有的，也是用于判断某 种物质是否有波动性的判据。从理论上分析，干涉和衍射都是 光波发生相干叠加的结果。光波叠加的原理表述为对于真空中传播的光或在媒质中传播的不太强的光，当几列光波相遇时,其合成光波的光矢量E等于各分光波的光矢量E1,E2,E3, 的矢量和，即 E=E1+E2+E3 ....... =E Ei 而在相遇区外各列光波仍保持各自原有的特性频率 波长振动方向等和传播方向继续传播就好像在各自的路径上没有遇到其他的波一样。 在我们的日常生活中就有不少的干涉现象，例如，水面 上的油膜在太阳光的照射下呈现出五彩缤纷的美丽图像。 儿童吹起的肥皂泡在阳光下也显出五光十色的彩纹，这些都是光在薄膜上干涉所产生的图样。
光的干涉现象的广义定义为“两束（或多束）频率相同振动偏振方向一致振动位相差恒定的光在一定的空间 范围内叠加其光强度分布与原来两束或多束光的强度之和不同的现象。”为了突出“相干叠加”与“非相干叠加”在空间强度分布的明显的差别又有了狭义的定义 “满足一定条件的两束或多束光在空间叠加后其合振动有些地方固定的加强有些地方固定的减弱强度在 空间在有一种周期性的变化的稳定分布” 。 根据光源分成两束时所采用的方法不同干涉分为两种： (1)由波阵面造成的干涉将点光源发出的波阵面分割为两 个或两个以上的部分 使它们通过不同的光路后交叠起来。 (2)由振幅分割造成的干涉用半透膜等波阵面上同一点处的振幅分成两个或更多个部分然后使这些波相遇而叠加起来。 让我们在日常生活中来观察光的衍射现象伸出你的手 把两个指头并拢靠近眼睛通过指缝观看电灯灯丝使缝与灯丝平行可以看到灯丝两旁有明暗相间的并带有彩色 的平行条纹这就是光通过指缝产生的衍射现象。 光的直线传播和衍射现象是有内在联系的衍射现象是光的波动特性的最基本的表现光的直线传播不过是光 的衍射现象的极限而已。惠更斯菲涅尔原理指出。在同一
光的干涉和衍射及其异同分析
1引言 光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础学科, 又是当前物理学领域最活跃前沿之一, 然而光学的发展也是经过一场场磨难和斗争, 其历史被当作自然科学发展史的典范。光的干涉和衍射现象是光学课程最主要的内容之一, 也是现代光学的基础, 如傅里叶光学, 全息学, 光传输与光波导等的理论基础。在大学本科层次的光学学习中, 光的反射, 折射现象和成像规律我们学生已比较熟悉, 较容易接受。但对光的波动性, 干涉和衍射现象, 我们还是比较生疏, 理论解释也比较困难。本文将通过对光的干涉和衍射现象更加深入的比较和分析, 阐明干涉与衍射现象的意义, 系统归纳总结出了两者的异同，以促进相关概念的学习。 2光的干涉现象 “两束（或多束）频率相同, 振动方向一致, 振动位相差恒定的光在一定的空间范围内叠加后, 其强度分布与原来两束（或多束）光的强度之和不同的现象称为光的干涉”, 该定义范围广泛, 是光的干涉的广义定义[1]。为突出“ 相干叠加” 与“ 非相干叠加” 在空间强度分布的明显差别, 很多教科书给出了光的干涉的狭义定义“ 满足一定条件的两束（或多束）光在空间叠加后, 其合振动有些地方固定的加强, 有些地方固定的减弱, 强度在空间有一种周期性变化的稳定分布, 这种现象称为光的干涉” 。此时, 在叠加区内的屏上一般会形成固定的干涉图样, 其图象不随时间改变。这种狭义的干涉是我们以下讨论的重点, 也是中学物理所涉及的内容。 波动是振动在介质中的传播, 因此, 光波的叠加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的叠加。设两波源为1S 和2S , 它们是电矢量振动方向相同, 各自发出频率相同, 初相 位不同的光波, 当这两列光波在介质中任一点P 相遇时, 可证明, 它们在该点引起的平均强度为 12I I I δ- =++ 式中, 1I 和2I 分别是发自1S 和2S 的两列光波到达P 点的各自的平均强度,δ为两列光波到达P 点时的 相位差, 上式右边的第三项称为两列光波的干涉 项。又因为振动的强度正比于振幅的平方，设1A ，
光的干涉与衍射的区别及联系小论文
光的干涉与衍射的区别及联系 光的干涉现象中，缝宽a远小于光波波长λ，每个小缝相当于一个线光源，光的干涉是有限的这几列线光源的相干叠加；而在光的衍射现象中，缝宽a与光波波长λ可相比拟，狭缝处波面上的各点都可以认为是发射球面子波的渡源。光的衍射就是从同一波面上发出的这无限多个子波的相干叠加.光的干涉和衍射现象在本质上是统一的。都是相干波的叠加，证明了光的波动性。 当频率相同、相位差恒定、具有相互平行的振动分量的两列光波在空间相遇时，这两列光波就会发生相干叠加。由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相位差，不能产生干涉现象。为了获得满足上述相干条件的光波，可以利用一定的光学系统将同一列光波分解为两部分，让它通过不同的路径后又重新相遇，实现同一列光波自身相干涉的目的。 平面波传播时，被前方宽度为a(a与光波波长λ相差不多)的开孔所阻挡，故只允许平面波的一部分通过该孔．若按光的直线传播观点，开孔后面的观察屏上只有AB区域内才被平行光照亮，而在AB以外的区域应是全暗的．而事实并非如此，AB外的区域光强并不为零．当障碍物或孔、缝的线度a与波长λ相差不多时，光将偏离直线传播而进入障碍物的几何阴影中，这种光绕过障碍物的绕射现象就是光的衍射。 光的干涉和衍射是光的波动性的两个基本特性，它们都是光振动的叠加，其本质是相同的，那么为什么又区分为干涉和衍射?教材中这样解释“干涉和衍射之间并不存在实质性的物理差别．然而习惯当考虑的只是几个波的叠加时说是干涉，而讨论大量的波的叠加则说是衍射。”至于为什么有干涉和衍射之分，粗浅地说，这是因为就讨论的问题而言，其强调的侧重面不同。光的干涉是有限几束光振动在叠加过程中的相长和相消。这里强调的是光的直线传播，而光的衍射则是无限多次子波的相干叠加，这里强调的是光的非直线传播。 在光的干涉现象中，缝宽a<<λ，每个小缝相当于一个线光源，其发出次波的振幅可以认为是均匀的，每个次波都是以直线传播的模型来描写的，光的干涉强调的是有限的几列光波的相干叠加．用数学方法来处理时，叠加过程是对有限量的求和，表现在矢量图上，干涉图样可由矢量折线图来分析．在光的衍射现象中。缝宽a与波长λ可相比拟。由于波阵面上有无数个点，即有无数个次级波，且这些波都能满足相干条件，因此光的衍射强调的是无限多个子波的相干叠加；用数学方法来处理时，叠加过程是一个积分求和的过程，表现在矢量图上，衍射图样可由矢量弧线图来分析．因此。干涉是有限束光相干叠加的结果，而衍射则是无限束光叠加的结果。光的干涉和衍射现象虽然在屏幕上都得到明暗相间的条纹。但条纹亮暗分布不同．在杨氏双缝干涉实验中，光的的干涉是双缝处发出的两列等幅光波在屏幕上叠加，由矢量折线图分析，双缝后面的光屏上呈现出的干涉图样互相平行且条纹宽度相同．中央和两侧的条纹没有区别。各条纹能量分布
最新光的干涉-衍射和偏振(含答案)
第4课时光的干涉衍射和偏振 导学目标 1.掌握光的干涉现象产生的条件，特别是双缝干涉中出现明暗条纹的条件及判断方法.2.掌握光产生明显衍射的条件，以及衍射与干涉现象的区别.3.掌握光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用． 一、光的干涉 [基础导引] 1．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10－7m，如果用频率 6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹．2．描绘地势高低可以用等高线，描绘静电场可以用等势线，薄膜干涉条纹实际上是等厚线，同一干涉条纹上各个地方薄膜的厚度是相等的．利用光的干涉检查平整度时，观察到了干涉条纹的形状，就等于知道了等厚线的走向，因而不难判断被检测平面的凹下或凸出的位置．为什么薄膜干涉条纹是等厚线？ [知识梳理] 1．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是________的相干光波．屏上某点到双缝的路程差是________________时出现亮条纹；路程差是半波长的________时出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝的距离l之间的关系为____________． 2．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)____________反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度________． 特别提醒 1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样． 2．单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹． 二、光的衍射 [基础导引] 太阳光照着一块遮光板，遮光板上有一个较大的三角形孔．太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑．请说明：遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的图形将怎样变化？说出其中的道理． [知识梳理] 1．光________________________________的现象叫光的衍射． 2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象． 3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)． 特别提醒 1.光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同． 2．区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分． 三、光的偏振 [基础导引]
干涉与衍射的区别与联系
干涉与衍射的区别与联系 摘要：干涉和衍射现象是一切波动所特有的,也是用于判断某种物质是否有波动性的判据。光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性。由于叠加，两列具有相同频率、固定相位差的同类波在空间共存时，会形成振幅相互加强或相互减弱的现象，称为干涉。相互加强时称为相长干涉，相互减弱时称为相消干涉。波在传播中遇到有很大障碍物或遇到大障碍物中的孔隙时，会绕过障碍物的边缘或孔隙的边缘，呈现路径弯曲，在障碍物或孔隙边缘的背后展衍，这种现象称为波的衍射。波的衍射现象有不见其人，只闻其声。 关键词：干涉；衍射；联系；区别 Interference with the distinction between the diffraction Abstract：Interference and diffraction phenomenon is all special fluctuations, is also used to judge whether a substance of the criterion of volatility. Light interference and diffraction can get light and shade and white color lines, powerful proved the volatility of the light. Due to the superposition of two columns with the same frequency, fixed phase difference of the same kind waves in space: when, can form the amplitude of each other mutually reinforcing or weakened phenomenon, is called interference. When the mutually reinforcing called phase long interfere with each other, they are called destructively interfere with weakened. Wave propagation in met in the great obstacles or meet a big obstacle, the pore, will be around obstructions edge or the edge of the pore, present paths crooked, in the edge of the pore obstacles or behind exhibition yan, this phenomenon is called the diffraction wave. Wave diffraction phenomenon has not see the person, only hear its voice. Key Words：Interference; Diffraction; Contact; Difference between
干涉与衍射的区别
干涉与衍射的区别 光学是物理学中较古老的一门应用性较强的基础性学科,要真正理解光，理解光场中可能发生的各种绚丽多彩的现象，必须从光的波动性着手，只有从光的波动理论才能看出几何光学理论的限度。光的波动性最好的体现就在于光的干涉和衍射。 ------引言 干涉和衍射现象是一切波动所特有的,也是用于判断某种物质是否有波动性的判据。光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性 从理论上分析,干涉和衍射都是光波发生相干叠加的结果。光波叠加的原理表述为：对于真空中传播的光或在媒质中传播的不太强的光,当几列光波相遇时,其合成光波的光矢量E等于各分光波的光矢量E1,E2,E3,······的矢量和,即： E=E1+E2+E3······=∑Ei 而在相遇区外，各列光波仍保持各自原有的特性（频率，波长，振动方向等）和传播方向继续传播，就好像在各自的路径上没有遇到其他的波一样。 光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性．但是，产生这两种现象的条件是不同的．光的干涉现象需要相干光，即两列振动情况总是相同的光源，在同一介质中相遇．例如从楔形肥皂膜上观察到的钠黄光的明暗相间条纹，或从水面油膜上观察到的彩色条纹，就属这类情况，从薄膜的前后表面反射出来的光就是相干光．而光的衍射现象产生的条件是障碍物或孔的线度与光波波长可以比拟的情况．例如从小孔观察点光源或从狭缝观察线光源就属这种情况．光经过小孔或狭缝产生非直线传播的现象，此时便可在光屏上形成明暗相间的条纹．其次，干涉条纹与衍射条纹也是有区别的，以狭缝为例，干涉条纹是相互平行、等距（宽度相同）的；而衍射条纹是平行而不等距的，中间最宽，两边条纹宽度逐渐变窄． 深入本质： 光的干涉和衍射是光的波动性的二个基本特性,它们都是光振动的迭加,其本质是相同的,那么为什么又区分为干涉和衍射，教材中曾有过这样的解释:"干涉和衍射之间并不存在实质性的物理差别.然而习惯上(虽然并不总是适当的)当考虑的只是几个波的迭加时说是干涉,而讨论大量的波的迭加则说是衍射.尽管如此,同一现象在有些地方叫做多光束干涉,而在另一些地方则叫做光栅上的衍射." 干涉现象与衍射现象的区别： 1、干涉和衍射产生的条件不同：干涉是两束相同频率、振动情况相同的光波叠加而成，衍射是无数束光的叠加。 2、条纹的情况不同：单色光双缝干涉图样是以中央明纹为中心在两边对称等间距排列的条纹，亮度从中央向两边逐渐减小；单缝衍射的图样是间距不等的明暗条纹，中央最宽最亮，两旁的亮条纹强度逐渐递减。 光的干涉 光的干涉现象的广义定义为：“两束(或多束)频率相同，振动（偏振）方向一致振动位相差恒定的光在一定的空间范围内叠加，其光强度分布与原来两束（或
光的本性(光的干涉和衍射)
高二物理光的本性（光的干涉和衍射） 一、填空题 1．关于光的本性，早期有牛顿的说和惠更斯的说；后来又有提出光的电磁说；上世纪初，为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了说。 2．用红光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹。在其它条件不变的情况下，改用紫光做实验，则干涉条纹间距将变______。如果改用白光做实验，在屏中央将出现______色明纹，两旁为___ _____色条纹。 3．用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板后面的屏上发现圆板阴影中心处有一个亮斑，这是光的________现象。 4．如图所示,(a)、(b)两幅图是由单色光分别入射到两圆孔形成的图像,由 图判断(a)是光的(选填“干涉”或“衍射”)图像.图(a)所对应的圆孔径 _____ (选填“大于”或“小丁”)图(b)所对应的圆孔孔径. 5．在太阳光照射下，水面油膜上会出现彩色的花纹，这是两列相干 光波发生干涉的结果，这两列相干光波是太阳光分别经______而形 成的。 6．如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改 用长更__________（填长、短）的单色光，或是使双缝与光屏间的距 离__________（填增大、减小）。 7.在蜡烛和屏之间放置一块中间有一大小可调节的小方孔的不透明 板，孔的边长为1cm，现将孔径逐渐缩小，问：随着孔径逐渐变小的 过程中，屏上出现的图样将会如何变化？__________________________________________。 8.用干涉法检查工件表面的质量时,产生的干涉条纹是一组平行直线,若让劈尖的上表面略向上平移,如图(n)所示,则干涉条纹将_________.若恰当增大劈尖的倾角如图(b)所示,则干涉条纹将______ (均选填“变宽”、“变窄”或“不变”). 二、选择题 9．下列说法正确的是( ) A．麦克斯韦提出了光的电磁说 B．托马斯?杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波 C．赫兹首先通过实验证明了电磁波的存在 D．爱因斯坦为解释光的干涉现象提出了光子说 10.下列现象中属于光的干涉现象的是（） A．肥皂泡上的彩色条纹 B．隔着手指缝隙看太阳光，出现的彩色条纹 C．水面上的油膜呈现的彩色图样 D．雨后空中出现的彩虹 11.在不透明的圆板的阴影中心有一个亮斑，这是由于（） A．光的干涉现象B．光的衍射现象C．光的反射现象D．光的直线传播 12.光的电磁说不能解释的光的现象是（） A．光的直线传播。B．光的干涉。C．光的衍射。D．光电效应。 13.说法中正确的是（） Ａ.光是一种电磁波是由麦克斯韦提出的Ｂ.电磁波的存在是爱因斯坦用实验证实的 Ｃ.红外线最显著的作用是化学作用Ｄ.紫外线最显著的作用是热作用 14．在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，这两种现象（） A．都是光的衍射现象； B．都是光的干涉现象； C．前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象； D．前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象。 15．下列关于光波和声波的认识，正确的是（） A．光波和声波是相同本质的波，但它们在空气中传播的速度不同
干涉衍射总结
★衍射和干涉 1801年，英国医生杨氏所做的有名的双孔实验对于确认光的波动特征有过非常重要的意义．但同一双孔实验有时被称为双孔衍射，有时则又被称之为双孔干涉；什么时候只出现“纯干涉”，什么情况又属“纯衍射”呢？究竟干涉与衍射之间有何区别和联系？本篇短文拟就此做一简要定性的讨论． 一、光波的传播与迭加 光的干涉与光的衍射现象都是从光源发出的光波在波场中传播所产生的物理现象．运用1678年惠更斯提出的原理，引用“次波”概念，通过作图即可由已知时刻的波面S1决定其后任一时刻的波面S2，它虽然可以成功地解释许多光波传播的问题，例如，光波在透明介质表面上发生的反射，折射现象；晶体中的双折射现象；光通过开有小孔屏以后，传播方向发生偏折的现象……等等，如图1所示．但是惠更斯原理未能说明作图中为什么不存在“倒退波”的问题，也没有能定量给出次波面在波场中各点振幅贡献的大小． 经验告诉我们，两列光波在空间交会时，它们的传播互不干扰，即每列光波的传播就好象另一列光波完全不存在一样，各自独立地进行．而当两列光波在同一空间传播时，那么在它们交迭区内每点的总振动将是各列光波单独在该点产生电磁场振动的合成．这就是大家熟知的迭加原理．由于迭加的结果，在迭加区域内，光强的分布因迭加光波的相互作用而出现重新分布的现象，即空间每一点的强度并不一定等于参与迭加的各列光波单独强度之和，有的地方互相加强，有的地方互相削弱，这种出现明暗光强分布的现象．就在历史上就叫做“干涉”．不过能产生稳定的干涉图样的各光波波列必须是相干波列，而相干波列必须满足特定的相干条件．这种相干波列的迭加称为相干迭加．相干迭加时，迭加场内各点的强度分布应先由各波列的振幅迭加求得合振幅，而后再由合振幅的平方表示该点的相对强度．如果迭加点的强度等于分单独光波波列的强度之和，则属于非相干迭加． 光波和其它波动一样，具有两个基本性质：一个是构成光波的电磁场振动的可传播性，即电磁场振动以一定的速度在空间中从一点传播至另一点，各点之间的振动相互是有联系的；再者，电磁场振动具有时间和空间的周期性，即从光源发出的光波波面上的各次波不是互不相关的，它们满足相干条件，因而在决定各次波传播至观测点P的合振动时，必须顾及它们的振幅和位相随传播距离的变化而实行相干迭加．年青的菲涅耳吸取了惠更斯的次波概念，引入“次波相干迭加”的思想，将所有衍射情况引到统一的原理中来，这就是一般教课书中所说的惠更斯——菲涅耳原理．它是讨论光的干涉现象和衍射现象的理论基础． 二、纯衍射 历史上，光的衍射的特定涵义是指光波在自身传播过程中与几何光学传播规律有差异的现象，也就是传播的波面受到阻碍时，例如遇到不透明的障碍物或受到开有小孔屏的限制，屏后的波场将因受阻波面上的相干迭加而引起能量的重新分布，给出明暗条纹相间的衍射图． 应用简易的氦氖激光器很容易观察到这种明显偏离几何光学直线传播的衍射现象．如图2所示，让激光束照射在不透光的小圆屏上，在其几何阴影的中央却是一亮点；如照射在开孔屏上，中央轴线上则既可能是亮点也可能是暗点，周围均伴有明暗条纹． 如图3所示，为确定开孔屏后波场的强度分布，未受阻波面S上各点无限小面元ds均可视为新的次波波源，由惠更斯—菲涅耳原理知，波场内P点的合振动将由S面上各次波在P点贡献的振幅相干迭加而求得．由于ds在S面上的连续分布，所以振幅的相干迭加是一种积分运算，P点的合振幅可用且仅用一个如下的积分表示．
光的干涉和衍射探讨
2009年 5 月 Journal of Science of Teachers′College and University May 2009文章编号：1007-9831（2009）03-0092-04 光的干涉和衍射探讨 王莉，鲁刚 （沈阳工业大学 基础部，辽宁 辽阳 111003） 摘要：为了使学生能够容易地接受光的干涉与衍射的知识，对干涉与衍射的区别和联系有深刻的理解，对干涉和衍射的概念以及它们的区别和联系加以系统的阐述．教学实践表明，通过对光的干涉与衍射现象本质的分析，使学生明白了各种现象之间的联系和各原理的适用条件，缩小了学习跨度，提高了教学效率． 关键词：光的干涉；光的衍射；光的叠加 中图分类号：O431.1 文献标识码：A 根据19世纪麦克斯韦的经典电磁理论，光是一种电磁现象．1888年赫兹通过实验进一步验证了光的本质是电磁波．从此，人们对光本性的研究进入了波动光学时期．惠更斯提出，波动传到的各点能够发射子波．菲涅耳进一步指出，这些子波经传播在空间某点相遇时可以相互叠加发生干涉现象，又可以绕过障碍物偏离直线传播进入几何阴影区发生衍射现象[1]．所以，就其本质而言，干涉和衍射是没有区别的，都是光在遇到障碍物之后所表现出的光强分布不均匀现象． 在工科院校的大学物理教学中，学生对于光的干涉与衍射的知识常常理解得不透彻，对于为什么光波有些时候表现为干涉，有些时候表现为衍射，又有时候干涉与衍射同时存在感到困惑．例如，在杨氏双缝实验中，光波经过杨氏双缝发生干涉现象，在夫朗和费双缝实验中，光波经过双缝又发生了衍射现象．本文对光的干涉与衍射现象进行了分析． 1 光的干涉 对于满足一定条件的２个或２个以上的光波，在它们相交的区域，各点的光强度与光波单独作用所生成光强度之和可能是极不相同的，有些地方的光强度近于零，另一些地方的光强度则较各光波单独作用所生强度之和大得多，这种现象称为光的干涉[2]．要产生光的干涉现象，相遇的光波必须满足３个基本条件：（1）两光源的振动频率（或光波波长）相同；（2）两光源的振动相位差要维持不变；（3）两光源的振动方向要相同．满足这３个基本条件的２个光源称作相干光源，换言之，只有相干光才能产生光的干涉现象．平时所见到２个完全独立的光源（如２只蜡烛发出的光，２盏日光灯或白炽灯发出的光）显然不是相干光源，所以就不能发生干涉现象了．但是在日常生活中很容易见到光的干涉现象，例如肥皂泡上的彩色条纹，就是光在肥皂膜上形成干涉图案．大雨之后马路低洼之处形成积水，如果水面上有油滴，在日光照射下，油膜上也会显现出各种不同彩色条纹，这些都是光的干涉现象． 对于一个纯干涉问题（衍射现象可以忽略），光在传播过程中，其波阵面没有受到明显的限制，光的传播仍按直线进行．如油膜、肥皂膜、劈尖等干涉，光线通过这些障碍物后，其光程差是由这些障碍物的厚度（或两光束之间的距离）、折射率、光线入射角度及光的波长等因素所产生的．例如：菲涅耳双面镜、菲涅耳棱镜及埃洛镜的干涉情况．另外，可以注意到，在干涉中参加干涉的光束数目是有限的，如：双光干涉是指两束光，对多光束干涉，虽然光束数目可以很多，但毕竟是个有限的量．用数学方法来处理叠加过 收稿日期：2008-09-22 作者简介：王莉（1980-），女，辽宁辽阳人，助教，硕士，从事物理课程与教学论研究．E-mail：wangli19800408@https://www.sodocs.net/doc/4e19110570.html,
高中物理光的干涉和衍射的区别学法指导
高中物理光的干涉和衍射的区别 河北 石晓兵 一、光的干涉和衍射 由于物质发光的特性，任何两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象，只有采用特殊方法，从同一光源分离出两列频率相同的光波叠加，才可发生干涉现象．双缝干涉、薄膜干涉等都是采用这种“分光”的方法而获得光源的．衍射现象为光直接通过孔或缝等的光波叠加形成．结合光的干涉和衍射现象的具体操作，可以得出复色光干涉和衍射现象的方法：凡是通过“一分为二”形成的图样即为干涉，否则为衍射。 例1．如图1所示，图(a)为单缝，图(b)为双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远的位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示明条纹)如图(c)(d)所示，则下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是： ( ) A ．图(c)表示单缝衍射条纹，图(d)表示双缝干涉条纹； B ．单缝S 越宽，越容易观察到对应的明暗条纹； C ．双缝间距离越短，对应条纹间距越大； D ．照射双缝的单色光波长越长，对应条纹间距离越小． 解析：光通过单缝会发生衍射，通过双缝会发生干涉，两者都会产生明暗相间的条纹，但干涉条纹宽度都一样，而衍射条纹中间宽、两侧越来越窄，所以(c)为干涉条纹，(d)为衍射条纹，对于衍射，缝越窄，条纹越宽，条纹越明显(但其亮度逐渐变暗)；而缝越宽，条纹越模糊，所以A 、B 两项均不正确，双缝干涉时，双缝间距越小，波长越长，条纹越宽，所以C 选项正确，D 选项错误．故此题正确答案为C ． 方法点拨：双缝干涉和单缝衍射是证明光具有波动性的典型实验，双方都能产生明暗相间的条纹，但条纹特点不同，其中双缝干涉产生的条纹宽度可用公式λ=?d L x 表示，其中△x 表示条纹的宽度，d 为两缝间距离，L 为屏到双缝的距离，λ为单色光的波长． 二、干涉和衍射图样 观察、比较干涉和衍射图样，了解它们的特点和区别，是培养分析问题和观察问题能力重要手段． 光的干涉和衍射均为波的叠加行为，所得到的条纹都是明暗相间的，都可以证明光的波动性，但它们之间还有许多不同点．现归纳如下： 1. 现象不同 光的干涉是满足相干条件的光的空间里相互叠加而形成的明暗相间的条纹，而光的衍射是光在传播空间里偏离直线传播而形成的明暗相间的条纹． 2．产生的条件不同 要产生光的干涉，必须满足相干条件：频率相同(相差恒定、振动方向相同)；
光的干涉衍射的区别
光的干涉与衍射的联系与区别 光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性．但是，产生这两种现象的条件是不同的．光的干涉现象需要相干光，即两列振动情况总是相同的光源，在同一介质中相遇．例如从楔形肥皂膜上观察到的钠黄光的明暗相间条纹，或从水面油膜上观察到的彩色条纹，就属这类情况，从薄膜的前后表面反射出来的光就是相干光．而光的衍射现象产生的条件是障碍物或孔的线度与光波波长可以比拟的情况．例如从小孔观察点光源或从狭缝观察线光源就属这种情况．光经过小孔或狭缝产生非直线传播的现象，此时便可在光屏上形成明暗相间的条纹．其次，干涉条纹与衍射条纹也是有区别的，以狭缝为例，干涉条纹是相互平行、等距（宽度相同）的；而衍射条纹是平行而不等距的，中间最宽，两边条纹宽度逐渐变窄． 区别：第一，光的传播方式不同 干涉是若干光束的叠加。当参与叠加的各束光的传播行为可近似用几何光学中直线传播的模型描述时，这个叠加问题是纯干涉问题；若参与叠加的各束光的传播明显地不符合直线传播模型，则属衍射问题。 因此，在一般问题中，干涉和衍射的作用是同时存在的。例如当干涉装置中的衍射效应不能略去时，则干涉条纹的分布要受到单缝衍射因子的调制，各干涉级的强度不再相等。第二、光束的数量不同。 干涉是有限几束光的叠加，而衍射则是无穷多次波的相干叠加；前者是粗略的，后者是精细的。 第三、光强分布及条纹间距均匀不同。 出现的干涉和衍射图样都是明暗相间的条纹，但在光强分布（函数）上有间距均匀与相对集中的不同。 第四，数学处理方式不同 相干叠加的矢量图由干涉的折线过渡到衍射的连续弧线，由有限项求和过渡到积分运算。 联系： 第一，但从根本上讲，干涉和衍射两者的本质都是波的相干叠加的结果，只是参与相干叠加的对象有所区别，没有本质的变化。 第二，从物理角度来看，考虑叠加时的中心问题都是相位差。 总之，干涉和衍射是本质上统一，但在形成条件、分布规律以及数学处理方法上略有不同而又紧密关联的同一类现象。 光的干涉现象是两列或几列光波在空间相遇时，光强在一些区域加强，在另一些区域削弱，形成稳定的光强有规律分布的现象。光的衍射现象是光绕过障碍物偏离直线传播进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象。光的干涉和衍射现象在屏幕上都得明暗相间的条纹，这些条纹的产生，本质上都是波的相干叠加的结果。但是光的干涉强调了两个或多个光束的叠加，对于参加叠加的几列光波都是以直线传播的模型描写的。这样的干涉可以认为是纯干涉的问题。光的衍射现象强调了光偏离开直线传播的现象，光在传播过程中遇到障碍物时，一部分子波被遮蔽，其余部分的子波叠加的结果形成了衍射条纹。尽管二者都是相干波的叠加，但是前者是有限的几列光波的叠加，而后者是无数多个子波的叠加。
高考专题：光的干涉和衍射
高考专题：光的干涉、光的衍射 （一）、光的干涉 1、产生稳定干涉的条件：①两个光源发出的光频率相同，②两个光源发出的光在空间 叠加。 2、双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是相同的相干光波。 屏上某点到双缝的路程差是波长整数倍处出现亮纹，是半波长的奇数倍处出现暗纹，条纹间距与单色光波长成正比。 杨氏实验： （1）、实验装置：用单色光源；双孔屏上的两个小孔离的很近，到前一小孔的距离相 等，所以两小孔处光振动不但频率相等，而且总是同相的。 （2）实验结果：在屏上出现明暗相间的干涉条纹。若用白光做该实验则屏上出现彩 色的干涉条纹。 双缝干涉实验：与前面杨氏实验原理相同，只是将双孔改为平行的双缝，双缝距离很近，大约0.1毫米左右。在单孔处是一线光源（可以通过光源照射滤光玻璃后经狭缝产生），使双缝与光源平行，即可在屏上得到比 小孔实验更明亮的干涉条纹。 分析双缝干涉示意图 根据实验得： （1）当屏上某点到双缝S 1S 2的路程差是光波波长的整数倍时，在这些地方出现亮纹 （2）当屏上某点到双缝S 1S 2的路程差是光波半波长的奇数倍时，在这些地方出暗纹 （3）干涉条纹是等间距的； （4）同样条件的双缝实验，用红光和紫光得到的相邻暗条纹间的宽度不等。下面我们通过计算来分析其原因： O 是S 1S 2的中垂线与屏的交点 d 是S 1S 2距离 l 是缝与屏的距离 x 是P 点到O 点的距离 r 1r 2是屏上某点P 到S 1S 2的距离 条件：l ≥d ，且l ≥x 设SS 到P 点的路程差为﹠， 则﹠=r 2-r 1 从图上可以看出： r 22=l 2+（x+d/2）2………………① r 12=l 2+（x-d/2）2………………② ①-②得: ﹠=dx/l 当﹠等于光波波长的整数倍时,两列波在P 点同相,出现明条纹. k ·λ=d/l ·x k=0、1、2、…
高中物理光的干涉和衍射简析
光的干涉和衍射简析 一. 光的干涉 1. 双缝干涉 （1）双缝干涉的原理 使太阳光或某种单色光，通过一个具有单一狭缝的挡板，成为线光源，再让这一束光射到另一个具有相隔很近的两条狭缝的挡板上，而单缝到两条狭缝的距离相等，通过双缝的两束光就成了相干光源（即频率相同的两束光），当它们相遇在屏幕上时，相互叠加就形成了稳定的干涉条纹。 （2）双缝干涉的规律 双缝干涉的实验装置如图1所示，用表示双缝，它们之间的距离为d，双缝到屏幕之间的距离为L，屏幕上某一点P（或Q）到双缝的距离分别为，则通过双缝 的光到达屏幕上P（或Q）点的距离差就是： 图1 当光的路程差是波长的整数倍，即时，在P（或Q）点处将出现亮条纹； 当光的路程差是半波长的奇数倍，即时，在P（或Q）点处将出现暗条纹。 （3）双缝干涉的现象 利用白光做实验，在屏幕上得到的是彩色的干涉条纹；如果利用单色光做实验，则在屏幕上得到阴暗相间的干涉条纹。其原因就是：白光是由七种不同的单色光组成，每一种单色光所形成的条纹间距各不相同，红光最大，紫光最小，各种色光的干涉条纹叠加起来时，不能相互重叠，就得到了彩色的干涉条纹。
条纹间距离△x和双缝间距d、双缝到屏幕的间距以及光的波长之间的关系为： 。 2. 薄膜干涉 （2）薄膜干涉的产生 如图2所示，竖直放置的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形，光照射到薄膜上时，在膜的前表面和后表面AB分别反射回来，形成了两列频率相同的光波，发生叠加。 图2 （2）薄膜干涉的规律 在和处，在前后两个表面反射回来的两列光波的路程差是波长的整数倍，即 ，出现亮条纹。 在Q处，在前后两个表面反射回来的两列光波的路程差是半波长的奇数倍，即 ，出现暗条纹。 （3）薄膜干涉的应用 利用薄膜干涉可以检测精密零件表面的光滑程度和制作增透膜等。 二. 光的衍射 1. 光的衍射是光偏离了直线传播方向绕到障碍物阴影区的现象。 2. 在光的衍射图象中，光的强度按一定的规律分布，形成明暗相间的条纹，它的规律与缝宽、孔的大小及光的波长有关。 3. 光发生明显衍射现象的条件：缝或孔的尺寸越小，衍射现象越明显。由于光的波长很短，光又便于观测所以即使障碍物尺寸是波长几百倍时，对光波来说，依然可以发生较明显的衍射现象。
干涉与衍射的区别与联系
干涉与衍射的区别与联系 摘要：光学是物理学中应用性较强的基础学科，要真正理解光就必须从光的波动性着手，只有从光的波动理论才能看出几何光学理论的限度。而干涉与衍射正是光的波动性的最好体现。 关键词：光的干涉；光的衍射。 一．干涉与衍射的区别 干涉与衍射的区别可以从定义﹑产生条件﹑实验装置和图样等方面进行比较. （一）定义 1.干涉：如果两列波频率相同，在观察时间内波动不中断，而且在相遇处振动方向几乎沿着同一直线，那么它们叠加后产生的和振动在有些地方加强，在有些地方减弱，这一强度按空间周期性变化的现象称为干涉。 2.衍射：光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象称为衍射。 （二）产生条件 1.干涉：频率相同﹑波的振动方向相同﹑相位差恒定。 2.衍射：障碍物的尺寸小于或等于该光的波长。 （三）实验装置和图样 1.干涉： 图1 杨氏实验装置
图2 红光产生的杨氏干涉图样 2.衍射： 图3 圆孔衍射装置 图4 氦氖激光光源的圆孔衍射图样 二．干涉与衍射的联系 干涉和衍射都是波的叠加，都是空间明暗不均匀的现象。前者是有限光束的叠加，后者是无数小元振幅的叠加；前者的叠加用求和计算，后者的叠加用积分计算。干涉离不开光的衍射，如双缝干涉实验中，如果光线只能沿直线传播，从双缝射出的光线就不能叠加，也就不能产生干涉现象。而在衍射实验中也常看到干涉现象。干涉和衍射现象是同时存在的。对每一束光而言都存在着衍射，而各光束之间则存在干涉关系。
三．总结 总之，干涉和衍射是本质上的统一，但在形成条件﹑分布规律以及数学处理方法上各有各的不同。干涉和衍射的作用是同时存在的，有些光学现象中即包括干涉同时也包含衍射！ 参考文献： 1.姚启钧著。《光学教程》。高等教育出版社，2008年6月第4版。 2.郑植仁著。《光学》。哈尔滨工业大学出版社，2006年3月第1版。 3.廖研彪著。《光学原理与应用》。电子工业出版社，2006年10月第1版。
2012年高考物理二轮复习光的干涉和衍射(解析版)
光的干涉 干涉和衍射的区别和联系 例14-5：劈尖上面玻璃板做如下运动，试指明干涉条纹如何移动及相邻条纹间 距如何变化？ 图14-14 解：结果如下： 【例5】如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的。检查中所观察到的干涉条纹是由下 列哪两个表面反向的光叠加而成的（ C ） A ．a 的上表面、b 的下表面 图 14-8 222)(a ) (b )(c 向右平动
B ．a 的上表面、b 的上表面 C ．a 的下表面、b 的上表面 D.a 的下表面、b 的下表面D. 【例6】现代光学装置中的透镜，棱镜的表面常涂上一层薄膜（一般用氟化镁），当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，可以大大减少入射光的反射损失，从而增强透射光的强度，这种作用是应用了光的（C ） A ．色散现象 B ．全反射现象 C ．干涉现象 D ．衍射现象 【例7】（2001年全国高考）在如图中所示,A 、B 两幅图是由单色光 分别入射到圆孔而成成的的图像，其中图A 是光的 衍射 （填干涉或衍射）图像，由此可以判断出图A 所对应的圆孔的孔径 小于 （填大于或小于）图B 所对应的圆孔的孔径。 【例8】在双缝干涉实验中，如果将双缝中的一条挡住，其它都不改变，那么在光屏上观察到的现象将是 （答案C ） A.仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是亮纹的亮度变暗了 B.仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是由于挡住一条缝，所以光屏上只有一半区域 内有干涉条纹，另一半区域内将没有干涉条纹 C.仍然有明暗相间的条纹，只是条纹的宽窄和亮度分布不再是均匀的了 D.由于只有单缝，不能形成相干光源，所以不会发生光的干涉现象，光屏上将没有任何 条纹出现 1．如图所示是光的双缝干涉的示意图,下列说法中正确的是( D ) ①单缝S 的作用是为了增加光的强度. ②双缝S 1、S 2的作用是为了产生两个频率相同的线状光源. ③当S 1、S 2发出两列光波到P 点的路程差为光的波长λ的1.5 倍时,产生第二条暗条纹。 ④当S 1、S 2发出的两列光波到P 点的路程差为长λ时,产生中央亮条纹. A.① B.①② C .②④ D.②③ 2.在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P 点的距离之差△x=0.6m , 若分别用频率为 图 A 图B