小學(xué)教育光衍射
l衍射：波偏離直線傳播的現(xiàn)象16-1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理一.光的衍射現(xiàn)象第1頁/共41頁二.分類(1)菲涅耳衍射:衍射屏離光源或接收屏的距離為有限遠(yuǎn)時的衍射光源接收屏接收屏衍射屏第2頁/共41頁(2)夫朗和費衍射：衍射屏離光源和衍射屏離光源和接收屏的距離均接收屏的距離均為無限遠(yuǎn)時的衍為無限遠(yuǎn)時的衍射射三.惠更斯菲涅耳原理 波在傳播時，從同一波陣面上各點發(fā)出的子波，經(jīng)傳播而在空間某點相遇時，產(chǎn)生相干疊加第3頁/共41頁一.實驗裝置16-2 單縫夫朗和費衍射第4頁/共41頁二.衍射圖像的分布規(guī)律 -菲涅耳波帶法2222第5頁/共41頁(1)BC=asin=2(l/2)-2個波帶A0和0B波帶上對應(yīng)點發(fā)出的子波到達(dá)P點時的位相差為，相互干涉抵消-P點為暗紋(2)BC=asin=3(l/2)-3個波帶有一個波帶未被抵消-P點為明紋第6頁/共41頁(3)BC=asin=n(l/2)-n個波帶 n為偶數(shù)：成對干涉抵消-暗紋 n為奇數(shù)：剩一個波帶未被抵消-明紋-明紋-暗紋第7頁/共41頁(4)asin 不等于l/2的整數(shù)倍時,光強介于最明與最暗之間半角寬a.中央明紋：兩第一級暗紋中心間的明紋,其位置由透鏡決定.線寬度暗紋第8頁/共41頁b.條紋間距:c.l變化則衍射位置變化；l一定時，a越小，衍射作用越明顯相鄰明(暗)紋的間距是中央亮紋寬度的一半第9頁/共41頁d.中央明區(qū)最亮，隨級數(shù)增大，亮度迅速減小-明紋第10頁/共41頁例1在單縫衍射實驗中，透鏡焦距為 0.5m，入射光波長=500.0nm，縫寬a=0.1mm。
求(1)中央明紋寬度;(2)第一級明紋寬度解：(1)中央明紋寬度第11頁/共41頁(2)第一級明紋寬度為第一級暗紋和第二級暗紋間的距離暗紋第12頁/共41頁 16-4 光柵衍射一.光柵 由許多等寬等間距的狹縫構(gòu)成類型：透射光柵，反射光柵透射光柵反射光柵第13頁/共41頁-光柵常數(shù)-相鄰兩縫光線的光程差第14頁/共41頁 二.光柵衍射 光柵的衍射條紋是光柵的衍射條紋是衍射和和干涉的總效果的總效果1.光柵的多縫干涉相鄰兩縫光束間的相位差為第15頁/共41頁設(shè)光柵有N條縫此時合振幅最大-光柵方程-出現(xiàn)明紋(主明紋)第16頁/共41頁-出現(xiàn)暗紋此時圍成m個正多邊 形，合振幅為零第17頁/共41頁每兩個相鄰主明紋之間有N-1條暗紋和N-2條次明紋極小:1次明紋:0N=2極小:3次明紋:2N=4極小:5次明紋:4N=6光柵條數(shù)越多,暗區(qū)越寬,明紋越窄第18頁/共41頁衍射圖樣的強度分布特征 1.出現(xiàn)一些強度最大值和最小值，較強的亮線為主極大，較弱的亮線為次極大2.主極大位置與縫數(shù)無關(guān)，但寬度隨N的增大而減小，強度正比于N23.相鄰主極大之間有N-1條暗紋和N-2條次極大4.強度分布中保留了單縫衍射的因子，即曲線的包跡與單縫衍射強度曲線形狀一樣。
第19頁/共41頁2.單縫衍射對多縫干涉的影響若在某一衍射角下同時滿足多縫干涉極大單縫衍射極小-缺級級數(shù)各主極大受單縫衍射的調(diào)制，某些位置出現(xiàn)缺級第20頁/共41頁單縫衍射多縫干涉光柵衍射第21頁/共41頁三.平行光斜入射相鄰兩縫光線的光程差斜入射時的光柵方程為同側(cè)取“+”異側(cè)取“-”第22頁/共41頁四.光柵光譜復(fù)色光入射時，除中央明紋外，不同波長的同級明紋以不同的衍射角出現(xiàn)-光柵光譜一級光譜二級光譜三級光譜第23頁/共41頁例2雙縫縫距d=0.40mm,兩縫寬度都是a=0.08mm，用波長=4800A的平行光垂直照射雙縫,在雙縫后放一焦距f=2.0m的透鏡,求:(1)在透鏡焦平面處的屏上，雙縫干涉條紋的間距x;(2)在單縫衍射中央亮紋范圍內(nèi)的雙縫干涉亮紋數(shù)目解：(1)對雙縫干涉第 k 級明紋有第24頁/共41頁第 k 級明紋在屏上的位置第25頁/共41頁即在單縫衍射中央明紋范圍內(nèi)，只有級明紋出現(xiàn)所以雙縫干涉明紋的數(shù)目(2)中央亮紋的寬度:m第26頁/共41頁例3一平面透射光柵，在1mm內(nèi)刻有500條紋現(xiàn)用=0.5910-3mm鈉光譜觀察求(1)光線垂直入射時,最多能看到第幾級光譜？(2)光線以300角入射時，最多能看到哪幾條光譜?解:(1)光柵常數(shù)為第27頁/共41頁當(dāng)時，k 最大取整，即垂直入射時，最多能看到第三級光譜(2)入射線與衍射線同側(cè)時第28頁/共41頁取整，最多能看到第一級光譜入射線與衍射線異側(cè)時取整，只能看到第五級光譜即共可看到1,0,-1,-2,-3,-4,-5七條光譜第29頁/共41頁例4波長為7000A的單色光，垂直入射在平面透射光柵上，光柵常數(shù)為310-4 cm，縫寬為10-4cm。
求(1)最多能看到第幾級光譜?(2)哪些級出現(xiàn)缺級現(xiàn)象?解:(1)時取整，即最多可看到第四級光譜第30頁/共41頁(2)滿足時缺級又時缺級-第三級出現(xiàn)缺級即光屏上實際呈現(xiàn)級數(shù)為4-1=3，對應(yīng)于明紋k=-4,-2,-1,0,1,2,4共七條第31頁/共41頁 一、x 射線16-5 x 射線衍射F德國物理學(xué)家倫琴1895年11月發(fā)現(xiàn)F12月22日倫琴為夫人的手拍下了第一張 x 光照片F(xiàn)1901年倫琴獲第一個諾貝爾物理學(xué)獎第32頁/共41頁陽極陰極x 射線管Fx射線由高速電子流轟擊陽極而得F波長在0.1-100A的電磁波，介于紫外和 射線之間第33頁/共41頁X射線的性質(zhì):1.穿透本領(lǐng)很強.很容易穿過由氫、氧、碳、氮等組成的肌肉組織,但不容易穿透骨骼.2.能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象.3.呈電中性.在電場磁場中沿直線傳播.4.能使許多物質(zhì)發(fā)熒光.第34頁/共41頁底片晶體鉛板Fx射線衍射實驗已是晶體結(jié)構(gòu)研究的重要手段F1914年勞厄獲諾貝爾物理學(xué)獎F1912年德國物理學(xué)家勞厄利用晶體中規(guī)則排列粒子作為三維光柵，觀測到了x射線衍射圖樣-波動性第35頁/共41頁二.布拉格方程晶面晶面間距晶面間距d d掠射角布拉格父子的解釋干涉加強時：-布拉格方程因利用X射線研究晶體結(jié)構(gòu)，1915年布拉格父子同獲諾貝爾物理學(xué)獎第36頁/共41頁 16-3 光學(xué)儀器的分辨率一.圓孔的夫朗和費衍射愛里斑第一級暗環(huán)衍射角滿足第37頁/共41頁能分辨二.光學(xué)儀器分辨率愛里斑半徑第38頁/共41頁不能分辨恰能分辨愛里斑最小分辨角第39頁/共41頁瑞利準(zhǔn)則：對光學(xué)儀器來說，如果一個點光源衍射圖樣的中央最亮處剛好與另一個點光源衍射圖樣的第一個最暗處相重合，則這兩個點光源恰好為該儀器所分辨。
愛里斑分辨率第40頁/共41頁感謝您的觀看第41頁/共41頁。
