大学物理光栅衍射.pptx

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,一,.,单缝夫琅和费衍射,中央明纹中心,各级明纹中心,暗纹,注意：,明暗纹条件,上讲内容,单缝衍射光强分布,衍射条纹角宽度,中央明纹,其余明纹,I,屏幕,中央明纹集中大部分能量，明条纹级次越高亮度越弱。,式中：,，,光栅衍射,衍射条纹：亮度高+间距大,？,1、单缝衍射的矛盾：,a,不易,分辨,单缝衍射不能进行精确测量,2、单缝衍射的一个重要特

2、点：,O,a,O,a,单缝的夫琅和费衍射图样，不随缝的上下移动而变化,引 言,N,l,a,b,a+b,光栅常数,d：,a,透光部分；,b,不透光部分,光栅的构成,光栅的分类,透射光栅,反射光栅,光栅,幕,光源,光栅衍射的实验装置,光栅衍射的图样,光栅衍射的图样,=单缝衍射+多缝干涉,1、某条单缝的衍射光在 点处的合振动,2、不计缝宽，N 束光的干涉,F,f,d,L,2,点处的合振动为,N,个振幅相同,、,频率相同、相差依次为 的振动的合成。,利用多边形法则，得 点的合振幅：,多缝干涉因子,单缝衍射因子,点的光强为：,光栅衍射的光强分布曲线,多缝干涉光强分布受单缝衍射光强分布调制的结果,光栅衍射

3、的实验结果,考虑缝宽后会带来什么影响？,讨论,分为偶数个半波带：,缝内光线自身干涉相消,即使缝间干涉相长,该主明纹不出现,缺级,缝宽：,分为奇数个半波带：,缝内光线部分干涉相消，条纹级次越高，光强越弱；,N,缝叠加后，光栅主明纹光强非均匀分布,亮度调制,1、主极大条件,光栅方程（光栅公式）,亮度高,光栅衍射图样的特点,主极大位置：,主极大最高级次：,k,:-2 -1 0 1 2,sin,0,2、暗纹条件,位置：,主极大位置：,暗纹位置：,k:,0,1,2,相邻两条主明纹间有,N,-1,条暗纹,相邻两条主明纹间有,N-2,个次极大,相邻两条主明纹间为一片暗区（暗纹和次极大）,间距大,0,1,2,

4、N-1,N,N+1,N+2,2N-1,2,N,2N+1,由暗纹条件,3,、,主明纹角宽度,=,kN,-1,和,kN,+1,两条暗纹之间角宽度，对应,：,主明纹细窄,光栅分辨本领,sin,分辨本领：,4、缺级,单缝衍射中央明纹区主极大条数,logo,进整,进整,总结：,光栅衍射是N缝干涉和N个单缝衍射的总效果,光强分布,式中：,（1）细窄明亮的主明纹,位置：,光栅公式,缺级：,角宽度：,最高级次：,单缝中央明纹区主明纹条数：,进整,（,2,）相邻主明纹间较宽暗区,（,N,-1,条暗纹，,N,-2,条次极大）,（,3,）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,分辨本领：,1、

5、光栅衍射的实质：,2、光栅衍射条纹的主要特点：,多束衍射光之间的干涉,明纹细而明亮,明纹间暗区较宽,有缺级现象,3、光栅方程、缺级条件,小 结,多光束干涉、单缝衍射、光栅衍射对比,相邻光束相位差,基本思想,振幅矢量合成,多光束干涉,单缝衍射,光栅衍射,比较,sin,sin,光强分布曲线,sin,例：,一平行衍射光栅，每厘米刻,1000,条，用可见光垂直入射，缝后透镜焦距,f,=100cm,1,、光栅衍射第一级完整可见光谱所占宽度,2,、证明第二、三级光谱重叠,3,、,解：,1.,2.红光,紫光,二、三级红光重迭,3.,缺级,最多可见主明纹,第,12,、,8,、,4,、,-4,、,-8,、,-1

6、2,级主明纹缺级,解,：,0.25,0,或由缺级,例,：,入射光,=500nm,由图中衍射光强分布确定,缝数,N,=,?,缝宽,a,=,?,光栅常数,d,=,a,+,b,=?,练习：,图示所示为多缝衍射的光强分布曲线，入射光波长相同，请问：,(,1,),哪条曲线对应的缝宽,a,最大？,(,2,),各图对应的,d,/,a,=?,有无缺级？,(,3,),各图分别是几缝衍射，为什么？,解：,(,1,),单缝衍射暗纹公式,:,(c),中缝宽,a,最大,观察图中一级暗纹,位置,(2),中央明纹区域内主极大的条数,进整,缺级条件,(3),相邻两条主明纹间有,N,-1,条暗纹，,N,-2,条次级大。,四.X

7、射线在晶体上的衍射,铅板,单晶片,照像底片,单晶片的衍射,1912,年劳厄实验,1895,年伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性很强的射线称射线。,X,射线,冷却水,劳 厄 斑 点,布 拉 格 反 射,入射波,散射波,1913,年英国布拉格父子提出了一种解释射线衍射的方法，给出了定量结果，并于,1915,年荣获物理学诺贝尔奖,掠射角,晶格常数,d,相邻两个晶面反射的两,X,射线干涉加强的条件,布拉格公式,布拉格公式,用途 测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能。例如对大分子 DNA 晶体的成千张的X射线衍射照片的分析，显示出DNA分子的双螺旋结构。,DNA 晶体的X衍射照片,DNA 分子的双螺旋结构,