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1、光的衍射第1页，共37页，编辑于2022年，星期四缝较小时进入几何阴影区11.1 光的衍射现象 惠更斯菲涅耳原理第2页，共37页，编辑于2022年，星期四第3页，共37页，编辑于2022年，星期四第4页，共37页，编辑于2022年，星期四11.2 单缝衍射第5页，共37页，编辑于2022年，星期四第6页，共37页，编辑于2022年，星期四第7页，共37页，编辑于2022年，星期四第8页，共37页，编辑于2022年，星期四OO如果狭缝中心与透镜中心在屏上对应点分别为O,O,那么中央明纹中心出现于哪一点？问题O点说明单缝衍射图样分布随透镜上下移动而移动，与缝的上下移动无关第9页，共37页，编辑于2
2、022年，星期四第10页，共37页，编辑于2022年，星期四第11页，共37页，编辑于2022年，星期四第12页，共37页，编辑于2022年，星期四11.5 光学仪器分辨本领 瑞利判据第13页，共37页，编辑于2022年，星期四第14页，共37页，编辑于2022年，星期四第15页，共37页，编辑于2022年，星期四S1S2S1S2S1S2能分辨能分辨恰能分辨恰能分辨不能分辨不能分辨第16页，共37页，编辑于2022年，星期四第17页，共37页，编辑于2022年，星期四仅讨论等宽、等间距的平行狭缝11.7 光栅衍射第18页，共37页，编辑于2022年，星期四第19页，共37页，编辑于2022年，
3、星期四第20页，共37页，编辑于2022年，星期四上式为光栅衍射明纹的必要条件第21页，共37页，编辑于2022年，星期四第22页，共37页，编辑于2022年，星期四（4）单缝衍射暗纹位置容易确定，光栅 衍射明纹位置容易确定第23页，共37页，编辑于2022年，星期四第24页，共37页，编辑于2022年，星期四第25页，共37页，编辑于2022年，星期四第26页，共37页，编辑于2022年，星期四（1）此光栅每厘米多少条狭缝（2）波长为600nm的光在屏上呈现光谱线的全部级数（3）第二级光谱在屏上的线宽（4）第二级光谱与第三级光谱在屏上重叠的线度解：第27页，共37页，编辑于2022年，星期四
4、第28页，共37页，编辑于2022年，星期四3级光谱2级光谱1级光谱光栅f（4）第三级谱线第29页，共37页，编辑于2022年，星期四 x射线射线(伦琴射线伦琴射线)的衍射的衍射（Diffraction of Rotgen Rays in the Crystal）一）伦琴射线一）伦琴射线1895年伦琴发现用高速电子冲击固体时，有一年伦琴发现用高速电子冲击固体时，有一种新射线从固体上发出来。种新射线从固体上发出来。性质：性质：具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气电离。本质是什么？不知道，就叫电离。本质是什么？不知道，就叫“X射线射线”吧！吧！当时人们以照当
5、时人们以照X射线像为时髦。射线像为时髦。阴级阴级阳级阳级+-第30页，共37页，编辑于2022年，星期四第一第一 个个诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖1901年授予年授予伦琴Wilhelm KonradRontgen第31页，共37页，编辑于2022年，星期四发现的发现的X射线是什么呢？人们初步射线是什么呢？人们初步 认为是一种认为是一种电磁波，于是想通过光栅来观察它的衍射现象，电磁波，于是想通过光栅来观察它的衍射现象，但实验中并没有看到衍射现象。原因是但实验中并没有看到衍射现象。原因是X线的波线的波长太短，只有一埃（长太短，只有一埃（1）。）。一光栅一光栅d=3 104（每（每mm333条刻痕），则
6、第条刻痕），则第一级明纹满足：一级明纹满足：/3 104=3.3 10-4rad 实际上是无法分辩的。要分辩实际上是无法分辩的。要分辩X射线的光栅射线的光栅也要在埃的数量级才行。也要在埃的数量级才行。人们想到了晶体。因为晶体有规范的原子排人们想到了晶体。因为晶体有规范的原子排列，且原子间距也在埃的数量级。是天然的三维列，且原子间距也在埃的数量级。是天然的三维光栅。光栅。0.002o第32页，共37页，编辑于2022年，星期四二）劳厄斑点二）劳厄斑点1912年德国物理学家年德国物理学家劳厄劳厄想到了这一点，去找普朗克老师，没得到想到了这一点，去找普朗克老师，没得到支持后，去找正在攻读博士的索末菲
7、，两次实验后终于做出了支持后，去找正在攻读博士的索末菲，两次实验后终于做出了X射线射线的衍射实验。的衍射实验。X射线射线晶体晶体劳厄斑劳厄斑晶体的三维光栅晶体的三维光栅劳厄斑的出现证明了劳厄斑的出现证明了X射线的波动性射线的波动性第33页，共37页，编辑于2022年，星期四三）布喇格公式三）布喇格公式 1913年英国布喇格父子（年英国布喇格父子（W.H.bragg.WLBragg)建立了一个公式建立了一个公式-布喇格公式。不但能布喇格公式。不但能解释劳厄斑点，而且能用于对晶体结构的研究。解释劳厄斑点，而且能用于对晶体结构的研究。布喇格父子认为当能量很高的布喇格父子认为当能量很高的X射线射到晶射
8、线射到晶体各层面的原子时，原子中的电子将发生强迫体各层面的原子时，原子中的电子将发生强迫振荡，从而向周围发振荡，从而向周围发射同频率的电磁波，射同频率的电磁波，即产生了电磁波的即产生了电磁波的散射，而每个原子散射，而每个原子则是散射的子波波则是散射的子波波源；劳厄斑正是散源；劳厄斑正是散射的电磁波的叠加。射的电磁波的叠加。第34页，共37页，编辑于2022年，星期四1）同一原子层面散射波的叠加）同一原子层面散射波的叠加CDabdABh12当波长为当波长为 的伦琴射线的伦琴射线射到晶面射到晶面“1”时，考虑时，考虑0级明纹（最亮）级明纹（最亮）k=0时，时，这说明：只有在散射角等于掠射角时，子波
9、这说明：只有在散射角等于掠射角时，子波相干叠加的最强的一级光强最大。即满足反相干叠加的最强的一级光强最大。即满足反射定律的方向光强最大。射定律的方向光强最大。作辅助线作辅助线AC、BD分别垂直于分别垂直于CB、AD，则有：，则有：第35页，共37页，编辑于2022年，星期四2）不同原子层面散射波的叠加）不同原子层面散射波的叠加ADab当波长为当波长为 的伦琴射线射到晶面的伦琴射线射到晶面1、2时，时，作辅助线作辅助线AB、AC分别垂直分别垂直光线光线bCB加强条件：加强条件：此式称为布喇格公式此式称为布喇格公式说明：只有沿着反射定律的方向，且满足布喇格说明：只有沿着反射定律的方向，且满足布喇格公式的条件下才能观测到最强的公式的条件下才能观测到最强的X射线射线则光程差：则光程差：d12hd3此公式为实验证实且可解释劳厄斑点。此公式为实验证实且可解释劳厄斑点。第36页，共37页，编辑于2022年，星期四布喇格公式布喇格公式讨论：讨论：A）d和和 一定时，只能在某些特定的一定时，只能在某些特定的 方向观测到最强的衍射。方向观测到最强的衍射。IB）d和和 一定时，只有某些一定时，只有某些 特殊波长的的伦琴射线特殊波长的的伦琴射线 才能产生最强的衍射。才能产生最强的衍射。IADCBd12hd3ab第37页，共37页，编辑于2022年，星期四