第十三章物理省公共課一等獎全國賽課獲獎?wù)n件

大學(xué)物理電子教案遼寧工程技術(shù)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用物理系10/10/1第1頁第13章光衍射13.1單縫夫瑯和費衍射一、光衍射1.實例SKE觀察屏遮光屏入射光衍射光光源單縫觀察屏P10/10/2第2頁2.衍射現(xiàn)象兩種類型(1)菲涅耳衍射:(2)夫瑯和費衍射:光源和觀察屏(或其中一個)與衍射孔或單縫距離分別為有限遠(yuǎn)光源和觀察屏與衍射孔或單縫距離均為無限遠(yuǎn)惠更斯：在光波任一陣面上各點都能夠看作是發(fā)射子波波源，在其后任一時刻，這些子波包跡就是該時刻波陣面。10/10/3第3頁二、惠更斯—菲涅耳原理從同一波陣面上各點發(fā)出子波是相干波，經(jīng)過傳輸在空間某點P相遇時疊加是相干疊加。而且P點光強決定于波陣面S上全部面元發(fā)出子波各自在P點引發(fā)振動相干疊加SdSP單位面積發(fā)射子波光矢量振幅為E0，且C：百分比系數(shù)傾斜因子隨θ增大而減小函數(shù)當(dāng)θ=0時,K最大,E0最大當(dāng)θ≥π/2時,K=0,E0=0說明波不能向后傳輸10/10/4第4頁AB*SICA1A3A2三、單縫夫瑯和費衍射1.明、暗紋條件=暗紋明紋2.條紋光強分布中央明紋10/10/5第5頁3.條紋位置(1)角位置暗紋明紋10/10/6第6頁(2)線位置暗紋明紋10/10/7第7頁4.條紋寬度(1)角寬度:條紋對透鏡光心所張角中央明紋角寬度中央明紋其它明紋角寬度10/10/8第8頁中央明紋中央明紋線寬度(2)線寬度其它明紋線寬度10/10/9第9頁o紫紅紫紅k級△x紫紅k+1級(1級)白光白色波長大小紅紫(1)用白光照射①中央明紋是白色②其余各級條紋是紫到紅彩色光帶③彩色光帶寬度④當(dāng)級數(shù)高到一定程度時,有重迭現(xiàn)象假設(shè)從第K級開始重迭說明從第1級開始重迭=5.幾點討論10/10/10第10頁(2)當(dāng)單縫向上或向下平行移動時,衍射圖樣位置、形狀是否改變?不變ABPPCDC(3)單色平行光斜入射單縫入射角與衍射角在異側(cè)=明紋暗紋入射角與衍射角在同側(cè)10/10/11第11頁例1：設(shè)有波長為λ單色平行光,垂直照射到縫寬a=15λ夫瑯和費單縫衍射裝置上,求縫所能分成半波帶數(shù)目;(2)屏上對應(yīng)位置明暗情況及條紋級次;(3)最多能出現(xiàn)幾級明紋.解:

(1)=2個半波帶(2)暗紋第1級3個半波帶明紋第1級6個半波帶暗紋第3級(3)=14.510/10/12第12頁例題2：ABC位相差為π,即光程差為λ/210/10/13第13頁一、惠更斯—菲涅耳原理從同一波陣面上各點發(fā)出子波是相干波，經(jīng)過傳輸在空間某點P相遇時疊加是相干疊加。而且P點光強決定于波陣面S上全部面元發(fā)出子波各自在P點引發(fā)振動相干疊加小結(jié)二、單縫夫瑯和費衍射1.明、暗紋條件=暗紋明紋2.條紋光強分布中央明紋明紋含有一定寬度，而暗紋寬度幾乎能夠忽略10/10/14第14頁(2)線位置幾何關(guān)系3.條紋位置(1)角位置依據(jù)明、暗紋條件明、暗紋條件4.條紋寬度(1)角寬度中央明紋角寬度暗紋條件中央明紋線寬度(2)線寬度幾何關(guān)系明、暗紋條件其它明紋線寬度10/10/15第15頁6。當(dāng)單縫向上或向下平行移動時,衍射圖樣位置、形狀不變7。單色平行光斜入射單縫“-”入射角與衍射角在異側(cè)“+”入射角與衍射角在同側(cè)5。用白光照射①中央明紋是白色②其余各級是紫到紅彩色光帶③會計算彩色光帶寬度④當(dāng)級數(shù)高到一定程度時,有重迭現(xiàn)象會計算重迭級數(shù)和重迭寬度10/10/16第16頁條紋散開了狹縫寬窄對衍射條紋影響光通量降低，清楚度變差。10/10/17第17頁光柵狹縫平移10/10/18第18頁一、光柵許多等寬狹縫等距離地排列起來，形成光學(xué)元件刻痕(不透光)透光狹縫光柵常數(shù):若每厘米刻有500條刻痕,則13.2衍射光柵光經(jīng)過光柵后強度分布?多縫之間干涉每個單縫本身衍射10/10/19第19頁P0中央明紋P二、光柵方程滿足光柵方程明條紋稱主極大明紋K：主極大明紋級數(shù)10/10/20第20頁三、光柵衍射明紋特點1.條紋亮A1P0中央明紋PI1(1)光強度10/10/21第21頁(2)在兩主極大明紋之間有N-1條暗紋,(N是光柵單縫數(shù)目)當(dāng)N很大時,在兩主極大明紋之間實際上形成一片黑暗背景K=0K=11暗紋m=110/10/22第22頁暗紋K=0K=11m=1m=210/10/23第23頁暗紋K=0K=11m=1m=2m=310/10/24第24頁第一級主極大明紋K=0K=11m=1m=2m=3光柵衍射暗紋條件10/10/25第25頁K=0K=11m=1m=2m=32.條紋細(xì)比較中央明紋角寬度和中央明紋與第一級主極大明紋之間角距離

10/10/26第26頁3.條紋分得開多光束干涉結(jié)果是:在幾乎黑暗背景上出現(xiàn)了一系列又亮又細(xì)且分得開明條紋10/10/27第27頁四、條紋缺級問題暗紋明紋當(dāng)：則：缺級則：缺級10/10/28第28頁1.光柵衍射明紋位置五、幾點討論10/10/29第29頁o紫紅紫紅k級△x紫紅k+1級(2級)白光白色波長大小紅紫2.用白光照射①中央明紋是白色②其余各級條紋是紫到紅彩色光帶③彩色光帶寬度④當(dāng)級數(shù)高到一定程度時,有重迭現(xiàn)象假設(shè)從第K級開始重迭說明從第2級開始重迭=10/10/30第30頁3.最多能看到幾級條紋求解方法同時還要考慮缺級:10/10/31第31頁PPCDC4.

單色平行光斜入射光柵入射角與衍射角在不一樣側(cè)入射角與衍射角在同一側(cè)AB10/10/32第32頁例1:波長為500nm單色光垂直入射每厘米5000條縫光柵，且(a+b)=2a。求：最多能看到幾條亮紋。解：缺級：10/10/33第33頁=500nm平行光以0=300斜入射，已知d=0.01mm。求：（1）0級譜線衍射角；（2）O點兩側(cè)可能見到譜線最高級次和總譜線數(shù)。解:（1）（2）最高29級；共39條譜線例2:10/10/34第34頁自然光垂直入射每毫米400條縫光柵。問：可產(chǎn)生幾級完整光譜？解：400線/mm設(shè)可產(chǎn)生K級完整光譜：從2級開始重合例3：則：第K級紅光明紋位置：第(K+1)級紫光明紋位置：若不重迭：10/10/35第35頁1。光柵方程若每厘米刻有N條刻痕,則d:光柵常數(shù)：小結(jié)（形成主極大明紋必要條件）2。光柵衍射暗紋條件3。光柵衍射明紋特點在幾乎黑暗背景上出現(xiàn)了一系列又亮又細(xì)且分得開明條紋4。條紋缺級問題暗紋明紋幾何關(guān)系光柵方程5。光柵衍射明紋位置10/10/36第36頁8。單色平行光斜入射光柵“-”入射角與衍射角在異側(cè)“+”入射角與衍射角在同側(cè)②其余各級是紫到紅彩色光帶④當(dāng)級數(shù)高到一定程度時,有重迭現(xiàn)象會計算重迭級數(shù)和重迭寬度①中央明紋是白色③會計算彩色光帶寬度7。用白光照射6。最多能看到幾級條紋求解方法同時還要考慮缺級:10/10/37第37頁13-3圓孔夫瑯和費衍射一、圓孔衍射第一暗環(huán)所圍成中央光斑稱為愛里斑愛里斑半徑d對透鏡光心張角稱為愛里斑半角寬度10/10/38第38頁點光源經(jīng)過光學(xué)儀器小圓孔后，因為衍射影響，所成象不是一個點而是一個明暗相間圓形光斑。S1S2D**愛里斑二、光學(xué)儀器分辨率若兩物點距離很近，對應(yīng)兩個愛里斑可能部分重合而不易分辨第39頁瑞利判據(jù)：假如一個點光源衍射圖象中央最亮處剛好與另一個點光源衍射圖象第一個最暗處相重合，認(rèn)為這兩個點光源恰好能為這一光學(xué)儀器所分辨。恰能分辨能分辨不能分辨第40頁s1s2

0

0D**在恰能分辨時，兩個點光源在透鏡前所張角度，稱為最小分辨角

0，等于愛里斑半角寬度。D為光學(xué)儀器透光孔徑最小分辨角倒數(shù)稱為光學(xué)儀器分辨率第41頁13-4

X射線衍射1895年倫琴發(fā)覺X射線。X

射線是波長很短電磁波。X

射線波長：0.01~

10nm

陽極（對陰極）陰極X射線管~104105V+第42頁X射線衍射---勞厄試驗勞厄斑點依據(jù)勞厄斑點分布可算出晶面間距，掌握晶體點陣結(jié)構(gòu)。晶體可看作三維立體光柵。晶體底片鉛屏X

射線管第43頁布喇格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg