11基础物理学第三版第11章光的衍射概念.ppt

第 十三 章 光的衍射;第一节 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理;各种透光孔形成的衍射图样：;惠更斯：波阵面上各点都看成是子波波源。——定性解释光的传播方向问题。 惠更斯(Christian Huygens, 1629-1695)，荷兰数学家、物理学家。发现土星的光环，发明了摆钟，对波动理论的发展起了重要作用。;根据惠更斯—菲涅耳原 理，波在传播过程中， 从同一波阵面S上发出的 子波，经传播而在空间 某点相遇时，可相互叠 加而产生干涉现象。 图中P点的光振动就是由S上各点的ds面元的振动传播到P点，并叠加而成。由此即可计算出空间各点的光振动。;菲涅耳衍射(Fresnel Diffraction)： 衍射屏离光源或接收屏为有限距离的衍射。;第二节 单缝衍射;A;相邻半波带的光，合成后为零。因此，最终P点的明暗取决于这样的半波带的个数！ 半波带的个数与衍射角有关：;干涉相消（暗纹）;k是衍射条纹的级数，对应于k=1，2，…的明条纹或暗条纹，分别叫做第一级、第二级、…的明条纹或暗条纹，正负号表示条纹分布在中央明纹的两侧。 ;;;（4）单缝衍射的动态变化。;a=0.16 mm;单缝衍射的光强分布示意图;例1 波长 546 nm 的平行光垂直照射在缝宽 0.437 mm的单缝上，缝后凸透镜的焦距为40 cm ，求透镜焦平面上衍射中央明纹的宽度。;例2 用波长?=632.8nm的平行光垂直入射于宽度a=1.5×10-4m的单缝上，缝后以焦距f=0.40m的凸透镜将衍射光会聚于屏幕上。求（a）屏上第一级暗条纹与中心O的距离；（b）中央明条纹宽度；（c）其它各级明条纹的宽度；（d）若换用另一种单色光，所得的两侧第三级暗条纹间的距离为8.0×10-3m。求该单色光的波长。;（c）其它各级明条纹的宽度相同 ;若例题11-2中的P点处观察的是暗条纹，那么半波带数是否仍为2k +1 = 7个? 在白炽灯的照射下能从两块捏紧的玻璃板的表面看到彩色条纹，通过游标卡尺的狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，如何解释这两种现象？;第三节 衍射光栅;透光（或反光）部分的宽度;;o;有3、7条狭缝的光栅的衍射图样 ;光栅衍射图样的光强分布;对应某些? 值按多光束干涉应出现某些级的主极大，正好落在单缝衍射的暗条纹上，而造成这些主极大缺失。 即满足以下两个条件的光栅明条纹为缺级：;;;连续光谱：炽热固体发出 线状光谱：放电管中气体发出 带状光谱：分子光谱;例3 波长为5000?和5200?的两种单色光同时垂直入射在光栅常数为0.002cm的光栅上，紧靠光栅后用焦距为2米的透镜把光线聚焦在屏幕上。求这两束光的第三级谱线之间的距离。;例4 用波长 ? = 600 nm 的单色光垂直照射光栅，观察到第 2 级明条纹分别出现在 sin? = 0.20，而第 4 级缺级。试求（1）光栅常数；（2）狭缝宽度；（3）全部条纹的级数。;例5 利用每厘米刻有4000条缝的光栅，在白光的垂直照射下，可以产生多少级完整的光谱？;衍射光栅的透光部分太窄或太宽将会出现什么现象？为什么？ 请查阅光栅的最新应用有哪些。;第四节 圆孔衍射 光学仪器的分辨率;爱里斑（Airy Disk）;对于任一个物点（点光源），经物镜后所形成的像实际不是一个点，而是圆孔衍射图样,其主要部分为爱里斑。因此，当两个物点相距很近，就有如何分辨的问题：;瑞利判据(Rayleigh’s Criterion);光学仪器的分辨率 最小分辨角; 1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分 辨角 ，在大气层 外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太 空深处, 发现了500 亿??? 星系 . ;例6 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问:（1）人眼的最小分辨角有多大？（2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？;眼睛的最小分辨角为;第五节 X 射线的衍射 布喇格方程;X 射线是波长很短的电磁波，波长在0.01~10 nm。 1912 年劳厄(Laue)将X射线照射晶体，获得了衍射图样。实验中晶体的晶格点阵起了天然光栅（三维空间光栅）的作用，同时证明了X射线的波动性。;1913年，英国的布喇格(Bragg)父子提出一种研究X射线衍射的方法，即把晶体的空间点阵当作反射光栅处理。;不同层晶面间的干涉： ;布喇格公式应用;X射线有哪些物理特性？ X射线有哪些化学特性和生物特性？