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1、l衍射景象：波偏离直衍射景象：波偏离直线传播的景象播的景象17-8 光的衍射景象光的衍射景象 惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理一一.光的衍射景象光的衍射景象二二. .分分类 菲涅耳衍射菲涅耳衍射: : 光源和光源和显示屏中的一个示屏中的一个或两个与衍射孔或两个与衍射孔( (缝) )相距相距为有限有限远光源光源显示屏显示屏显示屏显示屏孔孔孔孔( (缝缝缝缝) ) 夫朗和夫朗和费衍射：光源和衍射：光源和显示屏与衍射示屏与衍射孔孔( (缝) )相距相距为无限无限远( (入射和衍射光都入射和衍射光都是平行光是平行光, ,普普统统过透透镜实现) ) F菲涅耳假定：波在菲涅耳假定：波在传播播时，从同一波，
2、从同一波阵面上各点面上各点发出的子波，出的子波，经传播而在播而在空空间某点相遇某点相遇时，产生相关叠加生相关叠加三三. .惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理-惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理一一. .实验安装安装17-9 17-9 单缝夫朗和夫朗和费衍射衍射二二. .衍射衍射图像的分布像的分布规律律 - -菲菲涅耳波涅耳波带法法2222 BC=asin =2(l /2)- 2个波个波带FA0和和0B波波带上上对应点点发出出的子波到达的子波到达P点点时的位相差的位相差为，相互关涉抵消，相互关涉抵消-P点点为暗暗纹 BC=asin=3(l /2)- 3个波个波带F有一个波有一个波带未被抵消未被抵消-
3、P点点为明明纹BC=asin =n(l /2) - n个波个波带Fn为偶数：成偶数：成对干涉抵消干涉抵消-暗暗纹Fn为奇数：剩一个波奇数：剩一个波带未被抵消未被抵消-明明纹-明明纹-暗暗纹asin 不等于不等于l/2的整数倍的整数倍时, 光光强介于介于最明与最暗之最明与最暗之间半角半角宽中央明中央明纹：两第一：两第一级暗暗纹中心中心间的明的明纹讨论：线宽度度暗暗纹其它相其它相邻明明(暗暗)纹的的间距是中央亮距是中央亮纹宽度的一半度的一半l l变化那么衍射位置化那么衍射位置变化；化；l l一定一定时，a a越小，衍射作用越明越小，衍射作用越明显中央明区最亮，随中央明区最亮，随级数增大，亮度迅数增
4、大，亮度迅速减小速减小例例1在在单缝衍射衍射实验中，透中，透镜焦距焦距为 0.5m，入射光波，入射光波长=5000A，缝宽a=0.1mm。求。求(1)中央明中央明纹宽度度; (2)第一第一级明明纹宽度度解：解：中央明中央明纹宽度度第一第一级明明纹宽度度为第一第一级暗暗纹和第和第二二级暗暗纹间的的间隔隔暗暗纹 17-10 17-10 光学光学仪器的分辨率器的分辨率一一. .圆孔的夫朗和孔的夫朗和费衍射衍射爱里斑爱里斑第一第一级暗暗环衍射角衍射角满足足能分辨能分辨二二. .光学光学仪器分辨率器分辨率爱里斑半径里斑半径不能分辨不能分辨恰能分辨恰能分辨爱里斑爱里斑最小分辨角最小分辨角F瑞利准那么：瑞利
5、准那么：对光学光学仪器来器来说，假，假设一个点光源衍射一个点光源衍射图样的中央最亮的中央最亮处刚好与另一个点光源衍射好与另一个点光源衍射图样的第一个的第一个最暗最暗处相重合，那么相重合，那么这两个点光源恰两个点光源恰好好为该仪器所分辨器所分辨爱里斑爱里斑分辨率分辨率 17-11 17-11 衍射光衍射光栅一一. .光光栅的构造和用途的构造和用途由由许多等多等宽等等间距的狭距的狭缝构成构成类型：透射光型：透射光栅，反射光，反射光栅透射透射光光栅反射反射光光栅-光光栅常数常数-相邻两缝光线的光程差相邻两缝光线的光程差 二二. .光光栅衍射衍射图样的构成的构成光光栅的衍射条的衍射条纹是衍射和干涉的是
6、衍射和干涉的总效果效果1.光光栅的多的多缝干涉干涉相相邻两两缝光束光束间的的相位差相位差为设光光栅有有N条条缝讨论：a =2kpa =2kp此此时合振幅最大合振幅最大-光光栅方程方程-出出现明明纹(主明主明纹) -出出现暗暗纹m的取的取值：此此时围成成m个正多个正多边 形，合振幅形，合振幅为零零F每两个相每两个相邻主明主明纹之之间有有N-1N-1条暗条暗纹和和N-2N-2条次明条次明纹极小极小:1次明次明纹:0N=2极小极小:3次明次明纹:2N=4极小极小:5次明次明纹:4N=6F光光栅条数越多条数越多,暗区越暗区越宽,明明纹越窄越窄2.单缝衍射衍射对多多缝干涉的影响干涉的影响F假假设在某一衍
7、射角在某一衍射角 下同下同时满足足多多缝干涉极大干涉极大单缝衍射极小衍射极小-缺缺级级数数F各主极大受各主极大受单缝衍射的衍射的调制，某些位制，某些位置出置出现缺缺级单缝衍射衍射多多缝干涉干涉光光栅衍射衍射三三. .光光线斜入射斜入射相相邻两两缝光光线的光程差的光程差F斜入射斜入射时的光的光栅方程方程为四四.光光栅光光谱F复复色色光光入入射射时，除除中中央央明明纹外外，不不同同波波长的的同同级明明纹以以不同的衍射角出不同的衍射角出现-光光栅光光谱一一级光光谱二二级光光谱三三级光光谱例例2双双缝缝距距d=0.40mm, 两两缝宽度都是度都是a=0.08mm，用波，用波长=4800A的平行光垂的平
8、行光垂直照射双直照射双缝, 在双在双缝后放一焦距后放一焦距f =2.0m的透的透镜, 求求:(1)在透在透镜焦平面焦平面处的屏上，的屏上，双双缝干涉条干涉条纹的的间距距x; (2)在在单缝衍射衍射中央亮中央亮纹范范围内的双内的双缝干涉亮干涉亮纹数目数目解：解：对双双缝干涉第干涉第k级明明纹有有第第k级明明纹在屏上的位置在屏上的位置即在即在单缝衍射中央明衍射中央明纹范范围内，只需内，只需级明明纹出出现所以双所以双缝干涉明干涉明纹的数目的数目例例3一平面透射光一平面透射光栅，在，在1mm内刻有内刻有500条条纹。现用用=0.5910-3mm钠光光谱察察看。求看。求(1)光光线垂直入射垂直入射时,最
9、多能看到第最多能看到第几几级光光谱？(2)光光线以以300角入射角入射时，最，最多能看到哪几条光多能看到哪几条光谱?解：解：光光栅常数常数为当当时，k最大最大取整，即垂直入射取整，即垂直入射时，最多能看到第三，最多能看到第三级光光谱F入射入射线与衍射与衍射线同同侧时取整，最多能看到第五取整，最多能看到第五级光光谱F入射入射线与衍射与衍射线异异侧时取整，只能看到第一取整，只能看到第一级光光谱F即共可看到即共可看到-1, 0,1,2,3,4,5七条光七条光谱例例4波波长为7000A的的单色光，垂直入射色光，垂直入射在平面透射光在平面透射光栅上，光上，光栅常数常数为310-4 cm，缝宽为10-4c
10、m。求。求(1)最多能看到第最多能看到第几几级光光谱?(2)哪些哪些级出出现缺缺级景象景象?解解: : 时取整，即最多可看到第四取整，即最多可看到第四级光光谱满足足时缺缺级又又时缺缺级 -第三第三级出出现缺缺级F即光屏上即光屏上实践呈践呈现级数数为4-1=3，对应于明于明纹k=-4,-2,-1,0,1,2,4共七条共七条 一一.x .x 射射线17-12 x 17-12 x 射射线衍射衍射F德国物理学家德国物理学家伦琴琴1895年年11月月发现F12月月22日日伦琴琴为夫人的手拍下夫人的手拍下了第一了第一张 x 光照片光照片F1901年年伦琴琴获第一个第一个诺贝尔物物理学理学奖阳极阳极阴极阴极
11、x 射射线管管Fx射射线由高速由高速电子流子流轰击阳极而得阳极而得F波波长在在0.1-100A的的电磁波，介于紫外磁波，介于紫外和和 射射线之之间底片底片晶体晶体铅板铅板Fx射射线衍射衍射实验已已是晶体构造研是晶体构造研讨的的重要手段重要手段F1914年年劳厄厄获诺贝尔物理学物理学奖F1912年德国物理学家年德国物理学家劳厄利用晶体中厄利用晶体中规那么那么陈列粒子作列粒子作为三三维光光栅，观测到了到了x射射线衍射衍射图样-动摇性性二二.布拉格方程布拉格方程晶面晶面晶面间距晶面间距掠射角掠射角F英国的布拉格英国的布拉格父子提出解父子提出解释干涉加干涉加强时：-布拉格方程布拉格方程F因利用因利用x射射线研研讨晶体构造，晶体构造，1915年布年布拉格父子同拉格父子同获诺贝尔物理学物理学奖
