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1、小学教育16光的衍射l衍射：衍射：波偏离直线传播的现象波偏离直线传播的现象16-1 光的衍射光的衍射 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理一一.光的衍射现象光的衍射现象小学教育16光的衍射二二. .分类分类 (1)菲涅耳衍射菲涅耳衍射: 衍射屏离光源或接收衍射屏离光源或接收屏的距离屏的距离为有限远时的衍射为有限远时的衍射。光源光源接收屏接收屏接收屏接收屏衍射屏衍射屏小学教育16光的衍射 (2)夫朗和费衍射夫朗和费衍射：衍射屏离光源和接衍射屏离光源和接收屏的距离均收屏的距离均为无限远时的衍射为无限远时的衍射。三三. .惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理 波在传播时，从同一波阵面上各波在传播时，从同一
2、波阵面上各点发出的点发出的子波子波，经传播而在空间某点，经传播而在空间某点相遇时，产生相遇时，产生相干相干叠加。叠加。小学教育16光的衍射一一. .实验装置实验装置16-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射小学教育16光的衍射二二. .衍射图像的分布规律衍射图像的分布规律 -菲涅耳波带法菲涅耳波带法2222小学教育16光的衍射(1) BC=asin =2(l l /2)- 2个波个波带带A0和和0B波带上对应点发出波带上对应点发出的子波到达的子波到达P点时的位相差点时的位相差为为 ，相互干涉抵消相互干涉抵消-P点为暗纹点为暗纹(2) BC=asin=3(l l /2)- 3个波个波带带有一个波
3、带未被抵消有一个波带未被抵消-P点为明纹点为明纹小学教育16光的衍射(3)BC=asin =n(l l /2) - n个波带个波带 n为偶数：为偶数：成对干涉抵消成对干涉抵消-暗暗纹纹 n为奇数：为奇数：剩一个波带未被抵消剩一个波带未被抵消 -明明纹纹-明纹明纹-暗纹暗纹小学教育16光的衍射(4)asin 不等于l/2的整数倍时, 光强介于最明与最暗之间半角宽半角宽a.中央明纹中央明纹：两第一两第一级暗纹中心间的明纹级暗纹中心间的明纹,其位置由透镜决定其位置由透镜决定.线宽度线宽度暗纹暗纹小学教育16光的衍射b.条纹间距条纹间距:c.l l变化则衍射位置变化变化则衍射位置变化；l l一定时一定
4、时，a越小，衍射作用越明显越小，衍射作用越明显相邻明相邻明( (暗暗) )纹的间距是纹的间距是中央亮纹宽度的一半中央亮纹宽度的一半小学教育16光的衍射d.中央明区最亮，随级数增大，中央明区最亮，随级数增大，亮度迅速减小亮度迅速减小-明纹明纹小学教育16光的衍射例例1在单缝衍射实验中，透镜焦距为在单缝衍射实验中，透镜焦距为 0.5m，入射光波长，入射光波长=500.0nm，缝宽，缝宽a=0.1mm。求。求(1)中央明纹宽度中央明纹宽度; (2)第一第一级明纹宽度。级明纹宽度。解：解：(1)中央明纹宽度中央明纹宽度小学教育16光的衍射(2)第一级明纹宽度为第一级暗第一级明纹宽度为第一级暗纹和第二级
5、暗纹间的距离纹和第二级暗纹间的距离暗纹暗纹小学教育16光的衍射 16-4 光栅衍射光栅衍射一一. .光栅光栅 由许多等宽等间距的狭缝构成由许多等宽等间距的狭缝构成类型：类型：透射光栅，反射光栅透射光栅，反射光栅透射透射光栅光栅反射反射光栅光栅小学教育16光的衍射-光栅常数光栅常数-相邻两缝光线的光程差相邻两缝光线的光程差小学教育16光的衍射 二二. .光栅衍射光栅衍射 光栅的衍射条纹是光栅的衍射条纹是衍射衍射和和干涉干涉的总效果的总效果1.光栅的多缝干涉光栅的多缝干涉相邻两缝相邻两缝光束光束间的相位差为间的相位差为小学教育16光的衍射设光栅有设光栅有N条缝条缝此时合振幅最大此时合振幅最大-光栅
6、方程光栅方程-出现明纹出现明纹(主明纹主明纹)小学教育16光的衍射-出现暗纹出现暗纹此时围成此时围成m个正多边个正多边 形，合振幅为零形，合振幅为零小学教育16光的衍射每两个相邻主明纹之间有每两个相邻主明纹之间有N-1条暗条暗纹和纹和N-2条次明纹条次明纹极小极小:1次明纹次明纹:0N=2极小极小:3次明纹次明纹:2N=4极小极小:5次明纹次明纹:4N=6光栅条数越多光栅条数越多, ,暗区越宽暗区越宽, ,明纹越窄明纹越窄小学教育16光的衍射衍射图样的强度分布特征衍射图样的强度分布特征 1. 1.出现一些强度最大值和最小值，较强的出现一些强度最大值和最小值，较强的亮线为主极大，较弱的亮线为次极
7、大。亮线为主极大，较弱的亮线为次极大。 2. 2.主极大位置与缝数无关，但宽度随主极大位置与缝数无关，但宽度随N N的的增大而减小，强度正比于增大而减小，强度正比于N N2 2。 3. 3.相邻主极大之间有相邻主极大之间有N-1N-1条暗纹和条暗纹和N-2N-2条次条次极大。极大。 4. 4.强度分布中保留了单缝衍射的因子，即强度分布中保留了单缝衍射的因子，即曲线的包迹与单缝衍射强度曲线形状一样。曲线的包迹与单缝衍射强度曲线形状一样。小学教育16光的衍射2.单缝衍射对多缝干涉的影响单缝衍射对多缝干涉的影响若在某一衍射角若在某一衍射角 下同时满足下同时满足多缝干涉极大多缝干涉极大单缝衍射极小单缝
8、衍射极小-缺级级数缺级级数各主极大受单缝衍射的调制，各主极大受单缝衍射的调制，某些位置出现缺级某些位置出现缺级小学教育16光的衍射单缝衍射单缝衍射多缝干涉多缝干涉光栅衍射光栅衍射小学教育16光的衍射三三.平行平行光斜入射光斜入射相邻两缝光线的光程差相邻两缝光线的光程差斜入射时的光栅方程为斜入射时的光栅方程为同侧取同侧取“+”“+”异侧取异侧取“-”“-”小学教育16光的衍射四四.光栅光谱光栅光谱复色光入射时，除复色光入射时，除中央明纹外，不同中央明纹外，不同波长的同级明纹以波长的同级明纹以不同的衍射角出现不同的衍射角出现-光栅光光栅光谱谱一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱小学教育
9、16光的衍射例例2双缝缝距双缝缝距d=0.40mm, 两缝宽度都两缝宽度都是是a=0.08mm，用波长，用波长=4800A的平行的平行光垂直照射双缝光垂直照射双缝, 在双缝后放一焦距在双缝后放一焦距f =2.0m的透镜的透镜, 求求:(1)在透镜焦平面处在透镜焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距的屏上，双缝干涉条纹的间距x; (2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目亮纹数目解：解：(1)对双缝干涉第对双缝干涉第 k 级明纹有级明纹有小学教育16光的衍射第第 k 级明纹在屏上的位置级明纹在屏上的位置小学教育16光的衍射即在单缝衍射中央明纹范围内，只有即在单
10、缝衍射中央明纹范围内，只有级明纹出现级明纹出现所以双缝干涉明纹的数目所以双缝干涉明纹的数目(2)中央亮纹的宽度中央亮纹的宽度:m小学教育16光的衍射例例3一平面透射光栅，在一平面透射光栅，在1mm内刻有内刻有500条纹。现用条纹。现用=0.5910-3mm钠光谱钠光谱观察。求观察。求(1)光线垂直入射时光线垂直入射时,最多能最多能看到第几级光谱？看到第几级光谱？(2)光线以光线以300角入射角入射时，最多能看到哪几条光谱时，最多能看到哪几条光谱?解解: (1)光栅常数为光栅常数为小学教育16光的衍射当当时时，k 最大最大取整，即垂直入射时，最多取整，即垂直入射时，最多能看到第三级光谱能看到第三
11、级光谱(2)入射线与衍射线同侧时入射线与衍射线同侧时小学教育16光的衍射取整，最多能看到第一级光谱取整，最多能看到第一级光谱入射线与衍射线异侧时入射线与衍射线异侧时取整，只能看到第五级光谱取整，只能看到第五级光谱即共可看到即共可看到1, 0, -1,-2,-3,-4,-5七条光七条光谱谱小学教育16光的衍射例例4波长为波长为7000A的单色光，垂直入射的单色光，垂直入射在平面透射光栅上，光栅常数为在平面透射光栅上，光栅常数为310-4 cm，缝宽为，缝宽为10-4cm。求。求(1)最多能看到最多能看到第几级光谱第几级光谱?(2)哪些级出现缺级现象哪些级出现缺级现象?解解: : (1)时时取整，
12、即最多可看到第四级光谱取整，即最多可看到第四级光谱小学教育16光的衍射(2)满满足足时缺级时缺级又又时缺级时缺级 -第三级出现缺级第三级出现缺级即光屏上实际呈现级数为即光屏上实际呈现级数为4-1=3，对对应于明纹应于明纹k=-4,-2,-1,0,1,2,4共七条共七条小学教育16光的衍射 一、一、x 射线射线16-5 x 射线衍射射线衍射F德国物理学家伦琴德国物理学家伦琴1895年年11月发现月发现F12月月22日伦琴为夫人的手日伦琴为夫人的手拍下了第一张拍下了第一张 x 光照片光照片F1901年伦琴获第一个诺贝尔年伦琴获第一个诺贝尔物理学奖物理学奖小学教育16光的衍射阳极阳极阴极阴极x 射线
13、管射线管Fx射线由射线由高速电子流轰击阳极而得高速电子流轰击阳极而得F波长在波长在0.1-100A的电磁波，介于紫外的电磁波，介于紫外和和 射线之间射线之间小学教育16光的衍射X射线的性质射线的性质:1. 穿透本领很强穿透本领很强.很容易穿过由氢、很容易穿过由氢、氧、碳、氮等组成的肌肉组织氧、碳、氮等组成的肌肉组织,但不容但不容易穿透骨骼易穿透骨骼.2. 能产生干涉和衍射现象能产生干涉和衍射现象.3. 呈电中性呈电中性.在电场在电场磁场中沿直线传磁场中沿直线传播播.4. 能使许多物质发荧光能使许多物质发荧光.小学教育16光的衍射底片底片晶体晶体铅板铅板Fx射线衍射实验已射线衍射实验已是晶体结构
14、研究的是晶体结构研究的重要手段重要手段F1914年劳厄获诺贝尔年劳厄获诺贝尔物理学奖物理学奖F1912年德国物理学家劳厄利用晶体中年德国物理学家劳厄利用晶体中规则排列粒子作为三维光栅，观测到规则排列粒子作为三维光栅，观测到了了x射线衍射图样射线衍射图样-波动性波动性小学教育16光的衍射二二.布拉格方程布拉格方程晶面晶面晶面间距晶面间距晶面间距晶面间距d d掠射角掠射角布拉格父布拉格父子的解释子的解释干涉加强时干涉加强时：-布拉格方程布拉格方程因利用因利用X射线研究晶体结构射线研究晶体结构，1915年年布拉格父子同获诺贝尔物理学奖布拉格父子同获诺贝尔物理学奖小学教育16光的衍射 16-3 光学仪
15、器的分辨率光学仪器的分辨率一一. .圆孔的夫朗和费衍射圆孔的夫朗和费衍射爱里斑爱里斑第一级暗环衍射角满足第一级暗环衍射角满足小学教育16光的衍射能分辨能分辨二二. .光学仪器分辨率光学仪器分辨率爱里斑半径爱里斑半径小学教育16光的衍射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小学教育16光的衍射瑞利准则：瑞利准则：对光学仪器来说，如果一对光学仪器来说，如果一个点光源衍射图样的中央最亮处刚好个点光源衍射图样的中央最亮处刚好与另一个点光源衍射图样的第一个最与另一个点光源衍射图样的第一个最暗处相重合，则这两个点光源恰好为暗处相重合，则这两个点光源恰好为该仪器所分辨。该仪器所分辨。爱里斑爱里斑分辨率分辨率小学教育16光的衍射
