第十三章物理省公共课一等奖全国赛课获奖课件

大学物理电子教案辽宁工程技术大学理学院应用物理系10/10/1第1页第13章光衍射13.1单缝夫琅和费衍射一、光衍射1.实例SKE观察屏遮光屏入射光衍射光光源单缝观察屏P10/10/2第2页2.衍射现象两种类型(1)菲涅耳衍射:(2)夫琅和费衍射:光源和观察屏(或其中一个)与衍射孔或单缝距离分别为有限远光源和观察屏与衍射孔或单缝距离均为无限远惠更斯：在光波任一阵面上各点都能够看作是发射子波波源，在其后任一时刻，这些子波包迹就是该时刻波阵面。10/10/3第3页二、惠更斯—菲涅耳原理从同一波阵面上各点发出子波是相干波，经过传输在空间某点P相遇时叠加是相干叠加。而且P点光强决定于波阵面S上全部面元发出子波各自在P点引发振动相干叠加SdSP单位面积发射子波光矢量振幅为E0，且C：百分比系数倾斜因子随θ增大而减小函数当θ=0时,K最大,E0最大当θ≥π/2时,K=0,E0=0说明波不能向后传输10/10/4第4页AB*SICA1A3A2三、单缝夫琅和费衍射1.明、暗纹条件=暗纹明纹2.条纹光强分布中央明纹10/10/5第5页3.条纹位置(1)角位置暗纹明纹10/10/6第6页(2)线位置暗纹明纹10/10/7第7页4.条纹宽度(1)角宽度:条纹对透镜光心所张角中央明纹角宽度中央明纹其它明纹角宽度10/10/8第8页中央明纹中央明纹线宽度(2)线宽度其它明纹线宽度10/10/9第9页o紫红紫红k级△x紫红k+1级(1级)白光白色波长大小红紫(1)用白光照射①中央明纹是白色②其余各级条纹是紫到红彩色光带③彩色光带宽度④当级数高到一定程度时,有重迭现象假设从第K级开始重迭说明从第1级开始重迭=5.几点讨论10/10/10第10页(2)当单缝向上或向下平行移动时,衍射图样位置、形状是否改变?不变ABPPCDC(3)单色平行光斜入射单缝入射角与衍射角在异侧=明纹暗纹入射角与衍射角在同侧10/10/11第11页例1：设有波长为λ单色平行光,垂直照射到缝宽a=15λ夫琅和费单缝衍射装置上,求缝所能分成半波带数目;(2)屏上对应位置明暗情况及条纹级次;(3)最多能出现几级明纹.解:

(1)=2个半波带(2)暗纹第1级3个半波带明纹第1级6个半波带暗纹第3级(3)=14.510/10/12第12页例题2：ABC位相差为π,即光程差为λ/210/10/13第13页一、惠更斯—菲涅耳原理从同一波阵面上各点发出子波是相干波，经过传输在空间某点P相遇时叠加是相干叠加。而且P点光强决定于波阵面S上全部面元发出子波各自在P点引发振动相干叠加小结二、单缝夫琅和费衍射1.明、暗纹条件=暗纹明纹2.条纹光强分布中央明纹明纹含有一定宽度，而暗纹宽度几乎能够忽略10/10/14第14页(2)线位置几何关系3.条纹位置(1)角位置依据明、暗纹条件明、暗纹条件4.条纹宽度(1)角宽度中央明纹角宽度暗纹条件中央明纹线宽度(2)线宽度几何关系明、暗纹条件其它明纹线宽度10/10/15第15页6。当单缝向上或向下平行移动时,衍射图样位置、形状不变7。单色平行光斜入射单缝“-”入射角与衍射角在异侧“+”入射角与衍射角在同侧5。用白光照射①中央明纹是白色②其余各级是紫到红彩色光带③会计算彩色光带宽度④当级数高到一定程度时,有重迭现象会计算重迭级数和重迭宽度10/10/16第16页条纹散开了狭缝宽窄对衍射条纹影响光通量降低，清楚度变差。10/10/17第17页光栅狭缝平移10/10/18第18页一、光栅许多等宽狭缝等距离地排列起来，形成光学元件刻痕(不透光)透光狭缝光栅常数:若每厘米刻有500条刻痕,则13.2衍射光栅光经过光栅后强度分布?多缝之间干涉每个单缝本身衍射10/10/19第19页P0中央明纹P二、光栅方程满足光栅方程明条纹称主极大明纹K：主极大明纹级数10/10/20第20页三、光栅衍射明纹特点1.条纹亮A1P0中央明纹PI1(1)光强度10/10/21第21页(2)在两主极大明纹之间有N-1条暗纹,(N是光栅单缝数目)当N很大时,在两主极大明纹之间实际上形成一片黑暗背景K=0K=11暗纹m=110/10/22第22页暗纹K=0K=11m=1m=210/10/23第23页暗纹K=0K=11m=1m=2m=310/10/24第24页第一级主极大明纹K=0K=11m=1m=2m=3光栅衍射暗纹条件10/10/25第25页K=0K=11m=1m=2m=32.条纹细比较中央明纹角宽度和中央明纹与第一级主极大明纹之间角距离

10/10/26第26页3.条纹分得开多光束干涉结果是:在几乎黑暗背景上出现了一系列又亮又细且分得开明条纹10/10/27第27页四、条纹缺级问题暗纹明纹当：则：缺级则：缺级10/10/28第28页1.光栅衍射明纹位置五、几点讨论10/10/29第29页o紫红紫红k级△x紫红k+1级(2级)白光白色波长大小红紫2.用白光照射①中央明纹是白色②其余各级条纹是紫到红彩色光带③彩色光带宽度④当级数高到一定程度时,有重迭现象假设从第K级开始重迭说明从第2级开始重迭=10/10/30第30页3.最多能看到几级条纹求解方法同时还要考虑缺级:10/10/31第31页PPCDC4.

单色平行光斜入射光栅入射角与衍射角在不一样侧入射角与衍射角在同一侧AB10/10/32第32页例1:波长为500nm单色光垂直入射每厘米5000条缝光栅，且(a+b)=2a。求：最多能看到几条亮纹。解：缺级：10/10/33第33页=500nm平行光以0=300斜入射，已知d=0.01mm。求：（1）0级谱线衍射角；（2）O点两侧可能见到谱线最高级次和总谱线数。解:（1）（2）最高29级；共39条谱线例2:10/10/34第34页自然光垂直入射每毫米400条缝光栅。问：可产生几级完整光谱？解：400线/mm设可产生K级完整光谱：从2级开始重合例3：则：第K级红光明纹位置：第(K+1)级紫光明纹位置：若不重迭：10/10/35第35页1。光栅方程若每厘米刻有N条刻痕,则d:光栅常数：小结（形成主极大明纹必要条件）2。光栅衍射暗纹条件3。光栅衍射明纹特点在几乎黑暗背景上出现了一系列又亮又细且分得开明条纹4。条纹缺级问题暗纹明纹几何关系光栅方程5。光栅衍射明纹位置10/10/36第36页8。单色平行光斜入射光栅“-”入射角与衍射角在异侧“+”入射角与衍射角在同侧②其余各级是紫到红彩色光带④当级数高到一定程度时,有重迭现象会计算重迭级数和重迭宽度①中央明纹是白色③会计算彩色光带宽度7。用白光照射6。最多能看到几级条纹求解方法同时还要考虑缺级:10/10/37第37页13-3圆孔夫琅和费衍射一、圆孔衍射第一暗环所围成中央光斑称为爱里斑爱里斑半径d对透镜光心张角称为爱里斑半角宽度10/10/38第38页点光源经过光学仪器小圆孔后，因为衍射影响，所成象不是一个点而是一个明暗相间圆形光斑。S1S2D**爱里斑二、光学仪器分辨率若两物点距离很近，对应两个爱里斑可能部分重合而不易分辨第39页瑞利判据：假如一个点光源衍射图象中央最亮处刚好与另一个点光源衍射图象第一个最暗处相重合，认为这两个点光源恰好能为这一光学仪器所分辨。恰能分辨能分辨不能分辨第40页s1s2

0

0D**在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所张角度，称为最小分辨角

0，等于爱里斑半角宽度。D为光学仪器透光孔径最小分辨角倒数称为光学仪器分辨率第41页13-4

X射线衍射1895年伦琴发觉X射线。X

射线是波长很短电磁波。X

射线波长：0.01~

10nm

阳极（对阴极）阴极X射线管~104105V+第42页X射线衍射---劳厄试验劳厄斑点依据劳厄斑点分布可算出晶面间距，掌握晶体点阵结构。晶体可看作三维立体光栅。晶体底片铅屏X

射线管第43页布喇格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg