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1、1、衍射现象、衍射现象2、单缝夫琅禾费衍射、单缝夫琅禾费衍射3、光学仪器的分辨本领、光学仪器的分辨本领4、 衍射光栅衍射光栅5、 光栅光谱光栅光谱6、 伦琴射线的衍射伦琴射线的衍射作者：张殿凤作者：张殿凤11、衍射现象、衍射现象一、衍射现象：一、衍射现象：夫琅禾费圆空衍射夫琅禾费圆空衍射2二、惠更斯二、惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理pr波振面波振面振幅正比振幅正比ds,反比于反比于r,与与 有关有关时，振幅为零时，振幅为零振动的位相仅决定于振动的位相仅决定于r三、菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射三、菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射夫琅禾费圆夫琅禾费圆屏屏衍射衍射32、单缝夫琅禾费衍射、单缝夫琅禾费衍射一、实验装置
2、一、实验装置I二、明暗条纹的条件二、明暗条纹的条件振幅矢量法振幅矢量法40Ia5Ia6O点点A暗纹暗纹明纹明纹讨论讨论a一定：一定：一定：一定：aak=1,2,3,7三、菲涅耳波带法三、菲涅耳波带法暗暗明明中央亮区中央亮区单缝衍射单缝衍射a精确计算给出明条纹精确计算给出明条纹中心对应的衍射角满足：中心对应的衍射角满足：8小孔衍射小孔衍射由里向外由里向外假定假定pba9奇数个波带奇数个波带偶数个波带偶数个波带k很大很大b很大很大亮亮暗暗a不变不变,b变化变化; k 发生奇偶变化发生奇偶变化,p点亮暗变化点亮暗变化a很大，很大，b小：小： 此时为几何光学此时为几何光学 10例例: 已知、已知、求、
3、透镜焦距求、透镜焦距 中央明纹宽度中央明纹宽度解、解、xDopk=3111、单缝向上平移、单缝向上平移,衍射条纹如何变化衍射条纹如何变化?2、用波带分割法说明单缝衍射条纹两侧为什么强度下降、用波带分割法说明单缝衍射条纹两侧为什么强度下降?3、杨、杨氏双缝氏双缝实验是否有单缝衍射现象实验是否有单缝衍射现象?123、光学仪器的分辨本领、光学仪器的分辨本领d人眼人眼最小分辨角最小分辨角分辨角的倒数称系统的分辨率分辨角的倒数称系统的分辨率13d合成光强谷、峰合成光强谷、峰之比之比约为约为0.814例：在通常的亮度下，人眼瞳孔直经为例：在通常的亮度下，人眼瞳孔直经为3毫米，问人眼的最小毫米，问人眼的最小
4、 分辨角是多大？如果沙窗上两根细丝之间的距离为分辨角是多大？如果沙窗上两根细丝之间的距离为2毫米，毫米， 人离开沙窗多远恰能分辨清楚？人离开沙窗多远恰能分辨清楚？解、黄绿光解、黄绿光sL154、 衍射光栅衍射光栅一、光栅：一、光栅：光栅常数光栅常数a为缝宽，为缝宽，b为缝间距为缝间距二、光栅衍射特点二、光栅衍射特点衍射图样由各狭缝的衍射和诸狭缝衍射图样由各狭缝的衍射和诸狭缝来的光之间相互干涉所决定。来的光之间相互干涉所决定。光栅方程光栅方程决定明纹位置决定明纹位置16Id17衍射光强衍射光强是单个狭缝在衍射图样中心处产生的光强是单个狭缝在衍射图样中心处产生的光强单缝衍射因数单缝衍射因数缝间干涉
5、因数缝间干涉因数181、主极大主极大 衍射光栅的明纹衍射光栅的明纹 设第一个因子不为零，考虑第二个因子设第一个因子不为零，考虑第二个因子 当当则则洛比达法则求其极限为洛比达法则求其极限为N主极大光强是单缝衍射光强的主极大光强是单缝衍射光强的 倍倍将将代入代入主极大的位置由光栅方程给出主极大的位置由光栅方程给出192、极小极小衍射光栅的暗纹衍射光栅的暗纹所以两个主极大之间有所以两个主极大之间有N-1个极小，个极小， 暗纹暗纹，N-2个次极大。个次极大。N=7， 6个极小，个极小， 5个次极大个次极大203、缺级缺级第一个因子为零，第二个因子不为零，亮纹消失。第一个因子为零，第二个因子不为零，亮纹
6、消失。整数整数单缝衍射单缝衍射双缝干涉双缝干涉21缺级224、讨论讨论ab一定：一定：光栅光谱光栅光谱c一定一定一定一定m值是有限的值是有限的光栅是研究原子结构，光谱分析不可缺少的工具。光栅是研究原子结构，光谱分析不可缺少的工具。一定：一定：23三、光栅的制作：三、光栅的制作：夫琅禾费夫琅禾费 1819罗兰罗兰 1882 刻划光栅刻划光栅每英寸每英寸43000条条24例、波长为例、波长为500nm和和520nm的的两种单色光同时入射在光栅常数两种单色光同时入射在光栅常数 为为0.002cm的绕射光栅上。紧靠光栅用焦距为的绕射光栅上。紧靠光栅用焦距为2m的透镜的透镜 把光线会聚在屏幕上。把光线会
7、聚在屏幕上。求、这两种单色光的第一级谱线和第三级谱线之间的距离。求、这两种单色光的第一级谱线和第三级谱线之间的距离。解、解、f25例、用每毫米有例、用每毫米有500条栅纹的绕射光栅观察钠光谱线条栅纹的绕射光栅观察钠光谱线问：问：1、光线垂直入射；、光线垂直入射； 2、光线以、光线以30度角入射时，度角入射时， 最多能看到第几级条纹？最多能看到第几级条纹？解：解：1、最多条纹数由最多条纹数由决定决定2、fABC263、若在第、若在第3级谱线处恰能分辨出纳双线级谱线处恰能分辨出纳双线,光栅必须有多少光栅必须有多少 条缝条缝(钠双线钠双线589.0nm和和589.6nm组成组成)解解:这个要求不高这
8、个要求不高27fABCABCD285、 光栅光谱光栅光谱光栅方程光栅方程复色光入射复色光入射,由于各成分色光的波长不同由于各成分色光的波长不同,除中央零级条纹外除中央零级条纹外各成分色光的其它同级明条纹将在不同的衍射角出现各成分色光的其它同级明条纹将在不同的衍射角出现,同级同级的不同艳色的明纹将按波长顺序排列成的不同艳色的明纹将按波长顺序排列成光栅光谱光栅光谱,既为光既为光栅的分光作用栅的分光作用.波长很接近的两条谱线是否一定能在光栅光谱中分辨波长很接近的两条谱线是否一定能在光栅光谱中分辨出来出来?29表示波长相近的两条谱线的角间隔表示波长相近的两条谱线的角间隔(主极大之间的主极大之间的角距离
9、角距离)谱线谱线本身的半角宽本身的半角宽(某一主极大的中心到相邻的某一主极大的中心到相邻的一级极小的角距离一级极小的角距离)30表示波长相近的两条谱线的角间隔表示波长相近的两条谱线的角间隔(主极大之间的主极大之间的角距离角距离)谱线谱线本身的半角宽本身的半角宽(某一主极大的中心到相邻的某一主极大的中心到相邻的一级极小的角距离一级极小的角距离)I31微分微分波长差为波长差为 的两条第的两条第m 级谱线的角距离级谱线的角距离谱线的谱线的半角宽度半角宽度恰能恰能分辩时分辩时光栅的分辩本领光栅的分辩本领m为级数为级数N为总缝数为总缝数326、 伦琴射线的衍射伦琴射线的衍射前言：光栅是高分辨本领的光学元
10、件，每毫米有前言：光栅是高分辨本领的光学元件，每毫米有1200条刻痕的条刻痕的 光栅，总宽度为光栅，总宽度为5cm,在由它产生的第一级光谱中，对于在由它产生的第一级光谱中，对于 600nm的红光，它能分辨出的红光，它能分辨出1nm的波长。如果用棱镜达的波长。如果用棱镜达 到同样的精度，棱镜的底边需半米宽，制造是困难的。到同样的精度，棱镜的底边需半米宽，制造是困难的。 光栅测波长比用单缝，双缝优越得多。光栅测波长比用单缝，双缝优越得多。 对于短波对于短波0.01-10nm电磁波，它已无法发挥作用电磁波，它已无法发挥作用。一、一、x射线的获得及用处：射线的获得及用处： 伦琴：德国维尔茨堡大学的校长
11、兼物理所所长。伦琴：德国维尔茨堡大学的校长兼物理所所长。 1895,11,8日傍晚。氰化钡鉑的纸片作荧光屏。日傍晚。氰化钡鉑的纸片作荧光屏。 穿透性强，使照相底片感光，不能用磁场使它偏转，穿透性强，使照相底片感光，不能用磁场使它偏转， 1901年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。 15年后测出其波长。年后测出其波长。33X射线管射线管氰化钡铂氰化钡铂热阴极热阴极阳极阳极+高电压高电压AK34二、二、x射线波长测定原理：射线波长测定原理：劳埃劳埃 1912年年布喇格父子布喇格父子X射线照射晶格，晶格射线照射晶格，晶格作受迫振动，向各个方向作受迫振动，向各个方向散射。在反射方向最强，散射。在反
12、射方向最强，视为镜面反射。视为镜面反射。布喇格公式布喇格公式dABC35p铅板铅板感光胶片感光胶片晶片晶片X射线管射线管热阴极热阴极阳极阳极高高电电压压AK+-三、实验装置与办法三、实验装置与办法36ad一定，一定， m=1 随随 变化，这方面的工作发展了伦琴射线的变化，这方面的工作发展了伦琴射线的光谱分析，研究原子结构极为重要。光谱分析，研究原子结构极为重要。b一定，一定，m=1d 随随 变化，这一研究工作发展为伦琴射线变化，这一研究工作发展为伦琴射线的晶体结构分析。的晶体结构分析。37以波长为以波长为1.10 的伦琴射线照射晶面，的伦琴射线照射晶面， 时获得时获得 第一级极大反射光，求第一级极大反射光，求d=? 例：例：以待测伦琴射线照射晶面，测得第一级极大的反射光相以待测伦琴射线照射晶面，测得第一级极大的反射光相应的入射角为应的入射角为 ，求波长。，求波长。解解：38
