大学物理2教学课件-14

同学们好！0123456789实验值维恩线瑞利--金斯线紫外灾难§14.3光的夫琅和费衍射（续）三.单缝夫琅和费衍射四.圆孔夫琅和费衍射五.光栅夫琅和费衍射六.晶体衍射（X光衍射）

1895年11月8日德国物理学家伦琴在阴极射线实验中，偶然发现附近桌上的荧光屏上发出了光，伦琴用一张黑纸挡住管子，荧光仍存在，而用一片金属板就挡住了，他称这种射线为X射线。伦琴（1845——1923）

1895年12月28日：发表《关于一种新射线》，引起轰动，影响深远。

1895年12月22日：伦琴拍摄历史上第一张X射线照片----他夫人手的照片（现在保存在慕尼黑德国国家博物馆）。X射线特点：不带电，穿透本领强。许多科学家（史密斯、克鲁克斯、汤姆孙……）都遇到过类似情况，但放过机遇。在医学、工业技术中广泛应用。(在消息传到美国的第四天，就成功用于为伤员取出腿里的子弹)导致放射性发现（为探寻X射线的产生，贝克勒尔发现放射性并荣获1903年诺贝尔物理奖）。打开晶体结构研究的大门。……由于X射线的发现具有重大的理论意义和实用价值，伦琴于1901年获得首届诺贝尔物理学奖。X

射线的本质是什么？－－科学史上的一场激烈争论。1912年，德国慕尼黑大学物理学讲师劳厄（1879-1960）完成判决性实验：用晶体作天然光栅进行X射线衍射实验。X射线管铅板闪锌矿晶体底片劳厄斑晶体：三维结构空间立体光栅曝光数小时一箭双雕：既证明了X射线的波动性，又肯定了晶体空间点阵理论，荣获1914年诺贝尔物理学奖。X

射线本质：原子内层电子跃迁或加速器中电子运动产生的电磁波。（10-3~1nm）晶体点阵其尺度可与X射线波长相比拟寻求劳厄实验的理论解释：英国物理学家亨利.布拉格（1862－1942），劳伦斯.布拉格（1890－1971）父子获1915年诺贝尔物理奖。布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)对伦琴射线衍射的研究：d晶格常数(晶面间距)θ掠射角光程差:干涉加强条件（布拉格公式）：AθθO...C.Bdθ符合上述条件时，各层晶面的反射线干涉后将相互加强。X射线衍射应用：1.如果晶格常数已知，可以用来测定X射线的波长，进行伦琴射线的光谱分析。2.如果X射线的波长已知，可以用来测定晶体的晶格常数，进行晶体的结构分析。3.DNA双螺旋结构的发现—分子生物学诞生。克里克，沃森：1953年发现ＤＮＡ双螺旋结构，获1962年诺贝尔生理学、医学奖第四篇振动与波动小结一、复习要点：第12章：简谐振动特征量,运动方程,能量,同一直线上、同频率简谐振动的合成，第13章：平面简谐行波,特征量波函数，能流密度,多普勒效应波的干涉，驻波第14章：光程，光的干涉（杨氏双缝，薄膜等厚干涉）光的衍射（单缝、光栅夫琅和费衍射）光的偏振（起偏、检偏、马吕斯定律、布儒斯特定律）1.简谐振动初相位的求解（解析法、旋转矢量法）二、重难点说明解析法：旋转矢量法：AxPt0

uoAtPt0To振动曲线和波形曲线空间、时间上的周期性沿波传播方向的滞后效应注意参考点振动方程波动方程（以原点为参考点）2.平面简谐行波的理解及波函数的求解(1)

x:离参考点的距离比参考点相位滞后“-”比参考点相位超前“+”(2)注意：3.波的干涉与驻波波的相干条件，干涉相长与相消位置的计算；驻波的形成条件，驻波特点：特别是相位分布；与驻波相关的计算：常见的情况为已知入射波方程，求反射波方程，及两波叠加形成驻波后的波节或波腹位置。注意半波损失：4.能量问题孤立系统，机械能守恒非孤立系统，dE不守恒质点谐振动能量介质元波动能量孤立谐振系统（以平衡位置为坐标原点和势能零点）波的强度—能流密度驻波的能量特征：不向前传播能量，在波腹、波节附近周期性转移。5.光的干涉和衍射干涉：有限个分立的相干波的叠加核心问题：光程差（相位差）的计算用于具体问题得出不同计算式，弄清道理、掌握特点典型装置：杨氏双缝、劈尖、牛顿环衍射：无限个连续子波相干叠加重点掌握：单缝衍射（半波带法、振幅矢量叠加法）；光栅衍射（光栅公式、缺极、复合光入射）装置屏单缝双缝d光程差明暗纹条件明

暗条纹特征平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹条纹变化平行于棱边，明暗相间条纹，棱边为暗纹以接触点为中心的明暗相间的同心圆环，条纹内疏外密干涉装置：明

暗迈克尔孙干涉仪等倾干涉等厚干涉单缝夫朗和费衍射（半波带概念）0中央明纹平行光垂直入射I屏幕平行光非垂直入射光栅夫朗和费衍射光栅衍射是N缝干涉和N个单缝衍射的总效果光栅常数d光栅公式缺级最高级次仅适用于平行光垂直入射的情况，非垂直入射需根据光程差公式分析白光入射中央零级主明纹为白色，其余各级为彩色光谱，高级次重叠；要能够计算复色光入射光谱的重叠问题。光学仪器分辨率例.

已知：求：1.中央主极大位置2.屏中心F处条纹级次3.屏上可见到哪几级主明纹？解：由1.中央主极大3.考虑缺级：屏上级次：共6条主明纹（k=-5级缺级）2.屏中心F处通知下周二交作业No.5

下周四半期考试No.6光的偏振一、选择题1、B；2、C；3、B；4、B；5、D;6、C二、填空题1、平行；

2、，3、4、35.5o；5、

355nm，396nm

6、三、计算题1、2、3、略一、5.因全反射临界角为45°，所以布儒斯特角满足可得一、6.ABCD

光线入射：沿非光轴方向入射；入射光在主截面内；o光和e光传播方向不同光振动方向互相垂直。二、3.二、6.No.4光的干涉一、选择题1、B；2、C；3、D；4、C；5、B;6、A二、填空题1、；

2、，1.33

；3、，

4、113nm

；5、6、

539.1nm三、计算题1、（1）（2）（3）斜入射不影响条纹间距，所以条纹间距不变。

2、（1）（2）明纹

（3）共有三条明纹，三条暗纹

3、（1）（2）在OA范围内可观察到50个明纹

3

一、4.双缝干涉条纹间距只与D、d有关，与光程的改变无关劈尖b插入，使光线2的光程大于光线1的光程，零级明纹向下移动。b缓慢地向上移动，使光线2的光程更增大，干涉条纹继续向下移动。一、5.平凸透镜向上平移，空气薄膜厚度增加，原来级次(k一定)的干涉条纹向中心收缩，环心处原为暗点(e＝0)，随着透镜向上平移，e增大，环心呈明暗交替变化。一、6.设这条光路原来光程为2r。放入透明薄片后，光程改变为2(r-d+nd)所以这条光路的光程改变了2(n-1)d。反射光干涉加强，光程差取k＝1，则(nm)二、1.二、4.(1)设两缝间距离为d，明纹坐标由题意，k＝5，所以有(2)共经过20个条纹间距，即

(3)斜入射不影响条纹间距，所以条纹间距不变。三、1.三、2.(1)暗纹条件,第四条暗纹对应k＝3(2)A处为明纹(第三级明纹)从棱边到A处，共有三条明纹，三条暗纹(3)经典物理经典力学经典电磁学（含经典光学）热力学与统计物理19世纪末，经典物理达到全盛的“黄金时代”两朵乌云：1.迈克尔孙-莫雷实验的“零结果”2.黑体辐射的“紫外灾难”相对论的产生量子论的产生一个人要是对量子物理学不曾感到震惊，他就根本没有理解它.

－尼尔斯.玻尔（丹麦.1885－1962）了解基本的理论和思维方法第五篇量子现象和量子规律量子力学的发展简史量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的能量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的氢原子理论。

1900年，普朗克提出能量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式（能量子）实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而成功地解释了黑体辐射现象。

1905年，爱因斯坦引进光量子（光子）的概念，成功地解释了光电效应，后又被其它实验证实。

1913年，玻尔提出了关于原子模型的三条假设，成功的解释了氢原子光谱。

1923年，德布罗意（法）提出波粒二象性的假说，不久就为实验所证实。

1925年，海森伯从可观察的辐射频率和强度出发，和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵量子力学。

1926年，薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识，得到了微观体系的运动方程，建立起波动量子力学。其后不久还证明了波动量子力学和矩阵量子力学的数学等价性；狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学完善的数学表达式。

1927年，海森伯提出微观量子体系的测不准关系，同时玻尔提出了并协原理，对量子力学做出了进一步阐释。狄拉克、海森伯和泡利等人将量子力学和狭义相对论结合起来，建立相对论量子力学。20世纪30年代以后又形成了量子场论，构成了描述基本粒子现象的理论基础。1900～1926年是量子力学的酝酿时期，此时的量子力学是半经典半量子的学说，称为旧量子论。爱因斯坦（德）1879-1955波尔（丹麦）1885-19621922年获诺贝尔物理学奖1921年获诺贝尔物理学奖普朗克（德）1858-19471918年获诺贝尔物理学奖1926年，海森堡和薛定谔从不同出发点建立了量子力学。1928年，狄拉克统一相对论和量子论的成就。海森堡（德）1901-19761932年获诺贝尔物理学奖

薛定谔（奥地利）1887~19611933年获诺贝尔物理学奖

狄拉克（英）1902~19841933年获诺贝尔物理学奖第五篇量子现象和量子规律第15章光的量子性第16章量子力学基本原理第17章量子力学应用普朗克能量子理论爱因斯坦光量子理论玻尔氢原子理论激光原理物质波波函数不确定关系德布罗意公式薛定谔方程原子结构的量子理论固