桂電2014大物AII_衍射

1、衍射：衍射： 波能夠繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。波能夠繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 水波通過狹縫后的衍射水波通過狹縫后的衍射惠更斯原理：惠更斯原理： 介質(zhì)中波動傳播到的各點都可以看作是發(fā)射子波的波源，介質(zhì)中波動傳播到的各點都可以看作是發(fā)射子波的波源，而在其后的任意時刻，這些子波的包絡就是新的波前。而在其后的任意時刻，這些子波的包絡就是新的波前。惠更斯原理：惠更斯原理： 波的衍射波的衍射波的衍射波的衍射圓孔衍射圓孔衍射單縫衍射單縫衍射PH*SG*S光的衍射現(xiàn)象：光的衍射現(xiàn)象：夫夫 瑯瑯 禾禾 費費 衍衍 射射光源、屏與縫相距無限遠光源、屏與縫相距無限遠縫縫1L2L在實驗中實現(xiàn)在實驗中實現(xiàn)夫瑯禾費衍射

2、夫瑯禾費衍射SRP菲菲 涅涅 爾爾 衍衍 射射縫縫PS 光源、屏與縫相距有限遠光源、屏與縫相距有限遠菲涅耳衍射和夫瑯和費衍射：菲涅耳衍射和夫瑯和費衍射：菲涅耳半波帶法：菲涅耳半波帶法：oPRABQ1AC2/L)2/(2sin ka a縫長縫長AB暗紋暗紋.3 , 2 , 1 kaC1A2A2/oQABRLP菲涅耳半波帶法：菲涅耳半波帶法：)2/)(12(sin ka明紋明紋.3 , 2 , 1 kaAB縫長縫長),3,2,1( k kka 22sin干涉相消（干涉相消（）2)12(sin ka （）2sin ka （介于（介于明明暗暗之間）之間）0sin a中央明紋中心中央明紋中心菲涅耳半波帶

3、法：菲涅耳半波帶法：在單縫夫瑯和費衍射實驗中，屏上第三級暗紋對應于在單縫夫瑯和費衍射實驗中，屏上第三級暗紋對應于單縫處波面可劃分為單縫處波面可劃分為個半波帶，若將縫寬縮小一個半波帶，若將縫寬縮小一半，原來第三級暗紋處將是第半，原來第三級暗紋處將是第級級紋。紋。 例例8：61明明在單縫夫瑯和費衍射實驗中，波長為在單縫夫瑯和費衍射實驗中，波長為的單色光垂直的單色光垂直入射在寬度入射在寬度a=5a=5的單縫上，對應于衍射角的單縫上，對應于衍射角的方向上若的方向上若單縫處波面恰好可分成單縫處波面恰好可分成5 5個半波帶，則衍射角個半波帶，則衍射角= =。屏幕上與該衍射角對應處出現(xiàn)屏幕上與該衍射角對應處

4、出現(xiàn)級級紋。紋。 例例9：6/ 2明明在單縫夫瑯和費衍射實驗中，波長為的單色光的第三級明在單縫夫瑯和費衍射實驗中，波長為的單色光的第三級明紋與波長為紋與波長為630nm630nm的單色光的第二級明紋恰好重合，試計算波長的單色光的第二級明紋恰好重合，試計算波長。例例3： sin72a 出現(xiàn)三級明紋出現(xiàn)三級明紋：sin52a 出現(xiàn)二級明紋出現(xiàn)二級明紋：7522 450nm 1L2LfaSRPOxx afkx 暗紋坐標暗紋坐標：.3 , 2 , 1 k ka sin kfax /Ioxfa fa fa 2fa 2 fa 3 fa 3光強分布：光強分布：中央明紋的寬度中央明紋的寬度faxl 2210

5、p 用白光光源進行實驗。用白光光源進行實驗。思考：思考：進行下列操作，單縫衍射條紋將怎樣變化？進行下列操作，單縫衍射條紋將怎樣變化？p 將整套裝置浸入水中；將整套裝置浸入水中；p 將單縫稍稍向上平移；將單縫稍稍向上平移；p 入射光斜向上地入射到單縫上；入射光斜向上地入射到單縫上；中央明紋兩側出現(xiàn)彩色條紋中央明紋兩側出現(xiàn)彩色條紋條紋不變條紋不變條紋上移條紋上移條紋上移條紋上移條紋變窄條紋變窄p 將透鏡稍稍向上平移；將透鏡稍稍向上平移；p 使用大焦距透鏡且將屏使用大焦距透鏡且將屏幕移到新的焦平面上；幕移到新的焦平面上；p 將屏幕向后平移；將屏幕向后平移；條紋消失條紋消失條紋變寬條紋變寬PHL艾艾里

6、里斑斑圓孔衍射圓孔衍射d*1s2sf0 2/dD 22.10 最小分辨角最小分辨角光學儀器分辨率光學儀器分辨率 22.110D 光學儀器的分辨率光學儀器的分辨率孔徑孔徑D干涉與衍射的區(qū)別：干涉與衍射的區(qū)別： 干涉是有限束光的相干疊加，而衍射是無數(shù)個子波的相干涉是有限束光的相干疊加，而衍射是無數(shù)個子波的相干疊加干疊加 干涉中不同級次條紋光強是一樣的，而衍射中不同級次干涉中不同級次條紋光強是一樣的，而衍射中不同級次條紋的光強是不同的條紋的光強是不同的 干涉條紋是等間距的，而衍射中中央明紋的寬度是其他干涉條紋是等間距的，而衍射中中央明紋的寬度是其他條紋寬度的兩倍條紋寬度的兩倍 雙縫干涉與單縫衍射明暗

7、條紋的條件是相反的。雙縫干涉與單縫衍射明暗條紋的條件是相反的。練習練習4：一雙縫，縫距一雙縫，縫距d=0.4mmd=0.4mm，兩縫寬度都是，兩縫寬度都是b=0.08mmb=0.08mm，用波長，用波長=480nm=480nm的平行光垂直照射雙縫，在雙縫后面放一焦距的平行光垂直照射雙縫，在雙縫后面放一焦距f=2mf=2m的的透鏡，試求：透鏡，試求：（1 1）在透鏡焦平面處的屏上，雙縫干涉條紋的寬度。）在透鏡焦平面處的屏上，雙縫干涉條紋的寬度。（2 2）在單縫衍射中央明紋范圍內(nèi)的雙縫干涉明紋數(shù)目）在單縫衍射中央明紋范圍內(nèi)的雙縫干涉明紋數(shù)目N N和相應和相應的級次的級次1 條條 縫縫20 條條 縫

8、縫3 條條 縫縫5 條條 縫縫光柵衍射條紋光柵衍射條紋光柵：光柵：許多許多等寬度等寬度、等距離等距離的狹縫排列起來形成的光學元件的狹縫排列起來形成的光學元件. .QoLPf衍射角衍射角光柵衍射光柵衍射abba , 2 , 1 , 0 k kba sin)(光柵常數(shù)光柵常數(shù)衍射角衍射角 sin)(ba 光柵衍射條紋的形成光柵衍射條紋的形成光柵方程：光柵方程： 光柵常數(shù)越小，明紋光柵常數(shù)越小，明紋間隔越遠間隔越遠 入射光波長越小，明紋入射光波長越小，明紋間隔越近間隔越近 最高級數(shù)：最高級數(shù)：max()/ka b 光強分布光強分布a sin =k k=1, 2, 缺極時衍射角同時滿足：缺極時衍射角同

9、時滿足：(a+ b )sin =k k=0,1, 2, 即：即： k =(a+b) /a k k 就是所缺的級次就是所缺的級次由于單縫衍射的影響，在應該出現(xiàn)亮紋的地方，由于單縫衍射的影響，在應該出現(xiàn)亮紋的地方，不再出現(xiàn)亮紋。不再出現(xiàn)亮紋?？p間光束干涉極大縫間光束干涉極大單縫衍射極小單縫衍射極小缺級現(xiàn)象缺級現(xiàn)象缺級：缺級： 對某一定波長的垂直入射光，衍射光柵的對某一定波長的垂直入射光，衍射光柵的屏幕上只能出現(xiàn)零級和一級主極大，欲使屏幕屏幕上只能出現(xiàn)零級和一級主極大，欲使屏幕上出現(xiàn)更高級次的主極大，應該上出現(xiàn)更高級次的主極大，應該 （ ）（A）換一個光柵常數(shù)較小的光柵）換一個光柵常數(shù)較小的光柵（B

10、）換一個光柵常數(shù)較大的光柵）換一個光柵常數(shù)較大的光柵（C）將光柵向靠近屏幕的方向移動）將光柵向靠近屏幕的方向移動（D）將光柵向遠離屏幕的方向移動）將光柵向遠離屏幕的方向移動B例例10： 某單色光垂直入射到光柵上，衍射光譜中某單色光垂直入射到光柵上，衍射光譜中共出現(xiàn)了共出現(xiàn)了5條明條紋。若已知此光柵縫寬度與條明條紋。若已知此光柵縫寬度與不透明部分寬度相等，那么在中央明紋一側的不透明部分寬度相等，那么在中央明紋一側的兩條明紋分別是第兩條明紋分別是第 和第和第 級級明紋？明紋？13例例11： 波長為波長為600nm600nm的單色光垂直照在光柵上，第二的單色光垂直照在光柵上，第二級明紋出現(xiàn)在級明紋出

11、現(xiàn)在sin =0.2 處。第四級缺級。試求：處。第四級缺級。試求：（1 1）光柵常數(shù)）光柵常數(shù)d d。 （2 2）光柵中單縫的最小寬度）光柵中單縫的最小寬度a a。（3 3）在全屏中出現(xiàn)的全部級數(shù)）在全屏中出現(xiàn)的全部級數(shù)N N。練習練習5：sin0I入射光為入射光為白光白光時，時， 不同，不同， 不同，按波長分開形成不同，按波長分開形成光譜光譜. .k 一級光譜一級光譜二級光譜二級光譜三級光譜三級光譜), 2 , 1 , 0( sin)( kkba ba 衍射光譜衍射光譜光柵方程：光柵方程： 1885 1885年年倫琴倫琴發(fā)現(xiàn)，受高速電子撞擊的金屬會發(fā)射一種穿透發(fā)現(xiàn)，受高速電子撞擊的金屬會發(fā)射

12、一種穿透性很強的射線稱性很強的射線稱射線射線1E2EX 射線射線冷卻水冷卻水PKnm)1004. 0(X射線的衍射射線的衍射勞勞 厄厄 斑斑 點點鉛板鉛板單晶片單晶片 照像底片照像底片 單晶片的衍射單晶片的衍射19121912年勞厄?qū)嶒災陝诙驅(qū)嶒瀀射線的衍射射線的衍射布布 拉拉 格格 反反 射射d入射波入射波散射波散射波oCAB 掠射角掠射角d晶格常數(shù)晶格常數(shù)干涉加強的條件：干涉加強的條件：布拉格公式布拉格公式,2,1 ,0 k kd sin2X射線的衍射射線的衍射CBAC sin2d 測量射線的波長研究測量射線的波長研究X X射線譜，進而研究原子結構；研究射線譜，進而研究原子結構；研究晶體的結構，進一步研究材料性能晶體的結構，進一步研究材料性能. .DNA DNA 晶體的晶體的X衍射照片衍射照片DNA DNA 分子的雙螺旋結構分子的雙螺旋結構X射線的衍射射線的衍射用途：用途： 單縫衍射單縫衍射 圓孔衍射圓孔衍射 光柵衍射光柵衍射afx/ sina菲涅耳半波帶法：菲涅耳半波帶法：條紋寬度：條紋寬度：光柵方程：光柵方程： sin)(ba k 2)12( k暗暗明明 22. 110D 光學儀器的分辨率：光學儀器的分辨率： k .2 , 1 k明明.2 , 1 , 0 k ka sin.2 , 1 k缺級缺級kkaba / )(缺級條件：缺級條