第十八光的衍射演示文稿

第十八光的衍射演示文稿目前一页\总数四十一页\编于十八点（优选）第十八光的衍射目前二页\总数四十一页\编于十八点目前三页\总数四十一页\编于十八点目前四页\总数四十一页\编于十八点目前五页\总数四十一页\编于十八点方孔菲涅耳衍射目前六页\总数四十一页\编于十八点远场衍射(2)夫琅禾费衍射近场衍射(1)菲涅耳衍射3.分类:菲涅耳衍射夫琅禾费衍射目前七页\总数四十一页\编于十八点一.惠更斯——菲涅耳原理惠更斯——菲涅耳原理：从同一波阵面上各点发出的子波都是相干波，这些子波可以相干叠加，形成干涉。§18-1单缝衍射惠更斯原理：在波的传播过程中，波阵面上的每一点都可以看作是发射子波的波源。目前八页\总数四十一页\编于十八点1.光路图*S

f

f

a透镜L透镜L·pAB缝平面观察屏02.菲涅耳半波带法

(缝宽)S:单色点光源:衍射角——中央明纹(中心)A→P和B→P的光程差：二.单缝夫琅禾费衍射当：δ相同衍射角的光线(平行光)汇聚到焦平面上同一点。目前九页\总数四十一页\编于十八点aθ1′2BA半波带半波带12′两个“半波带”上发的光在P点干涉相消，形成暗纹中心。λ/2当时，将分成两个等份；这样可将缝分为两个等宽的“半波带”1、1′和2

、2′之间的光程差为λ/2目前十页\总数四十一页\编于十八点当时，可将缝分成三个“半波带”P处近似为明纹中心aλ/2θBAP处形成暗纹中心当时,可将缝分成四个“半波带”aλ/2BAθ半波带半波带半波带目前十一页\总数四十一页\编于十八点——暗纹中心——近似明纹中心

——中央明纹(中心)我们发现:相邻半波带的子波的光程差正好是/2，将完全抵消。如果单缝狭缝被分成偶数个半波带，则合振幅为零，P点为暗纹中心，如果被分成奇数个半波带，则剩余的子波的合成应为一个较大的光振动振幅，此时，P点为明纹。单缝衍射的明暗纹条件：目前十二页\总数四十一页\编于十八点明暗纹中心的角位置：明暗纹在屏上的位置：明纹暗纹暗纹明纹目前十三页\总数四十一页\编于十八点3、单缝夫琅禾费衍射的条纹特点一级明纹二级明纹

三级明纹

结论：衍射图样中大部分能量集中在中央明纹。代入上式：（1）光强分布目前十四页\总数四十一页\编于十八点（2）单缝夫琅禾费衍射强度的角分布中央明纹的角分布：暗纹的角分布：目前十五页\总数四十一页\编于十八点f条纹离中心位置愈远，条纹间距愈大，衍射现象明显。x相邻暗纹中心的距离—明纹宽度中央明纹宽度为：2x中央明纹线位置：反之，衍射现象不明显，如果大到一定时候，衍射现象消失—>几个光学。（3）单缝夫琅禾费衍射强度的线分布目前十六页\总数四十一页\编于十八点例：某一波长的光在同一个单缝衍射中的第3级明纹中心与波长为600nm的光的第2级明纹中心重合。试求该光波的波长。解:设该光波的波长为λ1,则由单缝衍射明纹条件可得：由第3级明纹中心与第2级明纹中心重合,可知:目前十七页\总数四十一页\编于十八点§18-2光学仪器的分辨本领一、圆孔的夫琅禾费衍射圆孔孔径为DL衍射屏观察屏中央亮斑(爱里斑)1

f相对光强曲线1.22(/D)sin1I/I00爱里斑

D

爱里斑变小第一级暗环的衍射角1满足：爱里斑的半径：目前十八页\总数四十一页\编于十八点波动光学:物点像斑物(物点集合)像(像斑集合)(经透镜)刚可分辨非相干叠加不可分辨瑞利准则:对于两个等光强的非相干物点,如果其中一个象斑光强最大的地方恰好是另一象斑光强最小的地方，即一个斑的中心正好是另一个斑的边缘。则此两物点被认为是刚刚可以分辨。二、光学仪器的分辩本领几何光学:物点像点物(物点集合)像(像点集合)(经透镜)目前十九页\总数四十一页\编于十八点最小分辨角:光学仪器的分辨率:不可选择，可显微镜：D不会很大，可望远镜：ID**S1S20目前二十页\总数四十一页\编于十八点HubbleSpaceTelescope

HubbleSpaceTelescope

目前二十一页\总数四十一页\编于十八点莫纳克亚山(夏威夷)目前二十二页\总数四十一页\编于十八点莫纳克亚山(夏威夷)第二大目前二十三页\总数四十一页\编于十八点目前二十四页\总数四十一页\编于十八点目前二十五页\总数四十一页\编于十八点目前二十六页\总数四十一页\编于十八点现在电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，而光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍；电子显微镜的分辨率（约0.2纳米）远高于光学显微镜的分辨率（约200纳米），人眼的分辨本领约为0.1毫米，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。目前二十七页\总数四十一页\编于十八点例题1老师在黑板上写有一个“=”,两条横线的距离为1mm.距离黑板多远的同学会把这个等号看成减号呢？设光的波长为550nm,人眼的瞳孔直径为3mm.解：当人眼瞳孔直径为3mm时,人眼对550nm的光的最小分辨角为：设当人与黑板的距离为时，等号恰好能够区分,即:d目前二十八页\总数四十一页\编于十八点一.光栅1.光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。d反射光栅d透射光栅a是透光（或反光）部分的宽度d=a+b

光栅常数b是不透光(或不反光)部分的宽度3.光栅常数2.种类：ab若每毫米内有1000条刻痕，则d=1μm§18-3光栅衍射目前二十九页\总数四十一页\编于十八点二、光栅衍射分析光栅衍射是多个单缝衍射的叠加。光栅各个单缝的衍射条纹是完全重叠的（中央明纹的中心都在透镜的焦点上）。衍射角相同的光经透镜后会聚到焦平面上同一点，相干叠加，形成多光束干涉。abθ光栅衍射是多缝干涉和单缝衍射的总效果。目前三十页\总数四十一页\编于十八点三.光栅衍射1.多缝干涉oP焦距

f缝平面G观察屏透镜L

dsind光栅方程明纹(主极大)条件：邻缝衍射光的光程差：暗纹条件：可以证明：相邻主极大间有N－1个暗纹和N－2个次极大。N为光栅的总缝数。如：N=4目前三十一页\总数四十一页\编于十八点2.光栅衍射单缝衍射多缝干涉光栅衍射单缝衍射暗纹条件：当时,，会出现缺级现象。多缝干涉主极大条件：这里出现缺级的有哪些？因:d/a=4,即k/k=4时缺级k=1，k=4;k=2，k=8

,…目前三十二页\总数四十一页\编于十八点3.光栅衍射的特点（1）衍射角较大，光栅衍射条纹间距大，易于实现精密测量。但衍射的级次有限。由于：光栅衍射主极大的最高级次：（2）相邻主极大之间有N-2个次级明纹，N越大，次级明纹越多，主极大就越窄（光谱线）。光栅衍射的光强主要集中在主极大，次级大的光强相比主极大弱得多，实际形成一个暗区。目前三十三页\总数四十一页\编于十八点缝数N越大，主极大亮度越大，主极大变窄，但主极大的位置并不变化。目前三十四页\总数四十一页\编于十八点四.光栅光谱1.白光的光栅光谱对于不同波长的光不发生重叠的条件：即：不发生重叠的级次满足：2.白光光栅衍射不发生重叠的级次条件如：紫光波长为400nm，红光波长为750nm,此时最多能观察到几级不交叠的光谱。目前三十五页\总数四十一页\编于十八点例：用波长λ=600nm的单色光垂直照射一光栅,测得第二级谱线出现在sinθ=0.20处,第三级缺级.求:(1)光栅常数;(2)缝宽a;(3)最多能观察到几条谱线.解:(1)以k=2,sinθ=0.20代入光栅方程则有:(2)由缺级公式可得:(3)由最大级次公式:能观察到的谱线为：目前三十六页\总数四十一页\编于十八点一、X射线的发现

1895.11.8，伦琴在暗室中做阴极射线管气体放电实验时,为避免紫外线与可见光的影响,特用黑纸将射线管包住,但偶然发现与之相距一段距离的荧光屏上会发微光。伦琴认定这是一种来自射线管但不是阴极射线的神秘射线。但当时因对其本质的不确定性,所以称其为X射线。W.K.伦琴，德（1845-1923）1901年获第一个诺贝尔物理学奖第一张人手(伦琴夫人的手)X照片§18-4X射线的衍射目前三十七页\总数四十一页\编于十八点

+高压电源金属靶电子束高能X射线X射线的产生机制X射线管目前三十八页\总数四十一页\编于十八点

X射线准直缝晶体····劳厄斑（证实了X射线的波动性）劳厄（Laue）实验（1912）NaCl单晶的X射线衍射斑点石英(SiO2)的X射线衍射斑点二.X射线的衍射1.从透射的观点出发目前三十九页\总数四十一页\编于十八点ddd晶面dsin12ACB:掠射角d:晶面间距(晶格常数)（1）

散射波X射线照射到晶体上时，晶格上的带电粒子产生受迫振动，向外发出同频率的散射波。（2）面间散射光的干涉2.从反射的观点出发目前四十页\