大学物理-(159).ppt

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1、第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅衍射角衍射角光栅常数光栅常数 光栅衍射实验装置光栅衍射实验装置第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅光栅常数光栅常数：衍射角衍射角干涉主极大（明纹中心）干涉主极大（明纹中心）相邻两缝间的光程差：相邻两缝间的光程差：二二 光栅衍射条纹的形成光栅衍射条纹的形成 光栅的衍射条纹是单光栅的衍射条纹是单缝衍射和多光束干涉的总缝衍射和多光束干涉的总效果效果.第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二

2、版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅 光栅中狭缝条数越多，明纹越亮光栅中狭缝条数越多，明纹越亮.1条缝条缝2条缝条缝3条缝条缝5条缝条缝6条缝条缝20条缝条缝亮纹的光强亮纹的光强：单缝光强）：单缝光强）（：狭缝数，（：狭缝数，第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅讨讨 论论 光强分布光强分布中央明纹中央明纹第一级第一级主明纹主明纹第二级第二级主明纹主明纹 理论计算表明，在两相邻理论计算表明，在两相邻主主明纹间有明纹间有 N-1 条条暗暗纹纹和和 N-2 条条次次明纹明纹，因为次明纹的光强远小于主明纹，因为次明纹的光强远

3、小于主明纹，所以暗纹和次明纹连成一片形成暗区所以暗纹和次明纹连成一片形成暗区.第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅一定，一定，减少，减少，增大增大一定，一定，增大，增大，增大增大光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远入射光波长越大，明纹间相隔越远入射光波长越大，明纹间相隔越远 条纹条纹最高最高级数级数讨讨 论论第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹

4、明纹明纹）单缝衍射单缝衍射 单缝衍射对光栅衍射的影响单缝衍射对光栅衍射的影响（缺级现象）缺级现象）缺级现象）缺级现象）多缝干涉极大多缝干涉极大第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅单单缝衍射缝衍射多多缝干涉缝干涉光光栅栅衍射衍射第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅（缺级缺级）0出现出现出现出现缺级缺级缺级缺级例：例：假如假如同时同时满足满足单缝衍射对单缝衍射对光强的调制光强的调制第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版

5、）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅缺缺缺缺缺缺缺缺 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 70第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅解解（1）（2）条条 例例1 用氦氖激光器发出的用氦氖激光器发出的 的红光，的红光，垂直入射到一平面透射光栅上，测得第一级明纹出现垂直入射到一平面透射光栅上，测得第一级明纹出现在在 的方向上，试求（的方向上，试求（1）这一平面透射光栅）这一平面透射光栅的光栅常数的光栅常数d,这意味着该光栅在这意味着该光栅在 1cm 内有多少条狭内有多少条狭缝？（缝？（2）最多能看到第几级

6、衍射明纹？）最多能看到第几级衍射明纹？只能看到只能看到第第一级一级衍射明纹衍射明纹第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅入射光为入射光为白光白光时，时，不同，不同，不同，按波长分开形成不同，按波长分开形成光谱光谱.一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱三三 衍射光谱衍射光谱第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅例如例如二级光谱重叠部分光谱范围二级光谱重叠部分光谱范围二级光谱重叠部分二级光谱重叠部分:一一级光谱级光谱二二级光谱级光谱三三级光谱级

7、光谱第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅连续光谱：炽热物体光谱连续光谱：炽热物体光谱线状光谱：钠盐、分立明线线状光谱：钠盐、分立明线带状光谱：分子光谱带状光谱：分子光谱衍射光谱分类衍射光谱分类光谱分析光谱分析由于不同元素（由于不同元素（或化合物或化合物）各有自己特定的各有自己特定的光谱，所以由谱线的成份光谱，所以由谱线的成份，可分析出发光物质所含可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量素的含量第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程

8、（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅 例例2 用白光垂直照射在每厘米有用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕的平条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角面光栅上，求第三级光谱的张角.解解第第三三级光谱的级光谱的张角张角第三级光谱所能出现的最大波长第三级光谱所能出现的最大波长绿光绿光紫光紫光红光红光不可见不可见cm第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅劳劳 厄厄 斑斑 点点铅板铅板单晶片单晶片 单晶片的衍射单晶片的衍射19121912年劳厄实验年劳厄实验 照照像像底底片片X 射线射线冷却水冷却水*四四 X

9、射线衍射简介射线衍射简介 1885年年伦琴伦琴发发现，受高速电子撞现，受高速电子撞击的金属会发射一击的金属会发射一种穿透性很强种穿透性很强的射的射线称线称射线射线 第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅布布 拉拉 格格 反反 射射入射波入射波散射波散射波 1913年英国年英国布拉格父子布拉格父子提出了一种解释射线提出了一种解释射线衍射的方法，给出了定量结果，并于衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物年荣获物理学诺贝尔奖理学诺贝尔奖掠射角掠射角晶格常数晶格常数 相邻两个晶面反射的相邻两个晶面反射的两两X射线干涉射线

10、干涉加强的条件加强的条件 布拉格公式布拉格公式第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅 用途用途 测量射线的波长研究测量射线的波长研究X X射线谱，进而研究原子射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如对大例如对大分子分子 DNA DNA 晶体的成千张的晶体的成千张的X X射线衍射照片的分析，显示射线衍射照片的分析，显示出出DNADNA分子的分子的双螺旋双螺旋结构结构.DNA DNA 晶体的晶体的X衍射照片衍射照片DNA DNA 分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构

11、 布拉格公式布拉格公式第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 8 8 衍射光栅衍射光栅 例例3 以铜作为阳极靶材料的以铜作为阳极靶材料的X射线管发出的射线管发出的X射线射线主要是波长主要是波长 的特征谱线的特征谱线.当它以掠射角当它以掠射角 照射某一组晶面时，在反射方向上测得一照射某一组晶面时，在反射方向上测得一级衍射极大，求该组晶面的间距级衍射极大，求该组晶面的间距.又若用以钨为阳极又若用以钨为阳极靶材料做成的靶材料做成的 X射线管所发出的波长连续的射线管所发出的波长连续的 X射线照射线照射该组晶面，在射该组晶面，在 的方向上可测得什么波长的的方向上可测得什么波长的X射线的一级衍射极大值？射线的一级衍射极大值？解解 k=1