光的衍射現(xiàn)象、惠更斯-菲涅耳原理 課件

光的衍射現(xiàn)象、惠更斯-菲涅耳原理課件第一頁(yè)，共67頁(yè)。1.光的衍射現(xiàn)象1803年，楊氏在太陽(yáng)光線的途中放置一根1/30寸硬紙條，觀察紙條投射到墻上的影子，發(fā)現(xiàn)除了在影子兩側(cè)出現(xiàn)了彩色的帶外，影子本身也被分成若干條這樣的帶子，帶的數(shù)目與硬紙條到影子的距離有關(guān)，且影子中央總是呈白色的。§1光的衍射現(xiàn)象、惠更斯-菲涅耳原理針和細(xì)線的衍射條紋障礙物是針和細(xì)線的衍射

小孔是單縫的衍射線光源單縫衍射點(diǎn)光源單縫衍射第一頁(yè)2第二頁(yè)，共67頁(yè)。單縫衍射三角孔衍射矩形孔衍射方形孔衍射正多邊形孔衍射網(wǎng)格衍射圓形孔衍射第二頁(yè)3第三頁(yè)，共67頁(yè)。衍射—即光線偏離直線路徑的現(xiàn)象光能繞過(guò)障礙物進(jìn)入幾何陰影區(qū)，并出現(xiàn)光強(qiáng)的不均勻分布。2.菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射菲涅耳衍射是指當(dāng)光源和觀察屏，或兩者之一離障礙物（衍射屏）的距離為有限遠(yuǎn)時(shí)，所發(fā)生的衍射現(xiàn)象。光源障礙物幾何陰影區(qū)第三頁(yè)4第四頁(yè)，共67頁(yè)。夫瑯和費(fèi)衍射指光源和觀察屏離障礙物的距離均為無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，所發(fā)生的衍射現(xiàn)象。

夫瑯和費(fèi)衍射菲涅耳衍射是指當(dāng)光源和觀察屏，或兩者之一離障礙物（衍射屏）的距離為有限遠(yuǎn)時(shí)，所發(fā)生的衍射現(xiàn)象。菲涅耳衍射光源

·觀察屏衍射屏·p觀察屏衍射屏*S光源第四頁(yè)5第五頁(yè)，共67頁(yè)。

波傳到的任何一點(diǎn)都是子波的波源，各子波在空間某點(diǎn)的相干疊加，就決定了該點(diǎn)波的強(qiáng)度?；莞狗颇?.惠更斯—菲涅耳原理：傾斜因子沿原波傳播方向的子波振幅最大子波不能向后傳播惠更斯-菲涅耳原理的數(shù)學(xué)表示：第五頁(yè)6第六頁(yè)，共67頁(yè)。這個(gè)積分式原則上能解決一切衍射問(wèn)題甚至一切傳播問(wèn)題。但由于波面形狀的任意性使得積分難積，只有有限的情況下才能積分出來(lái)。積分計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜（超出了本課范圍），下節(jié)將介紹菲涅耳提出的一種簡(jiǎn)便的分析方法——半波帶法.它在處理一些有對(duì)稱(chēng)性的問(wèn)題時(shí)，既方便，物理圖象又清晰。第六頁(yè)7第七頁(yè)，共67頁(yè)?！?夫瑯和費(fèi)單縫衍射夫瑯和費(fèi)衍射：障礙物距光源、屏均為無(wú)限遠(yuǎn)。顯然：入射光、衍射光

平行光束。（透鏡）透鏡不附加新的光程差

*

S

ff

a

透鏡L

透鏡L·pAB縫平面觀察屏0δ第七頁(yè)8第八頁(yè)，共67頁(yè)?？p寬因素波長(zhǎng)一定,縫寬越窄,衍射現(xiàn)象越顯著.第八頁(yè)9第九頁(yè)，共67頁(yè)。

越長(zhǎng)，

1越大，衍射效應(yīng)越明顯.入射波長(zhǎng)變化，衍射效應(yīng)如何變化?第九頁(yè)10第十頁(yè)，共67頁(yè)。550nm650nm450nm相對(duì)光強(qiáng)sin縫寬一定,波長(zhǎng)越長(zhǎng),則各級(jí)衍射角越大,中央明紋越寬.波長(zhǎng)波長(zhǎng)因素第十頁(yè)11第十一頁(yè)，共67頁(yè)。1.衍射圖樣主要規(guī)律如下：(2)縫

a

越小，條紋越寬（即衍射越厲害）。(3)波長(zhǎng)

越長(zhǎng)，條紋越寬（即有色散現(xiàn)象).(1)中央亮紋最亮，其寬度是其他亮紋的兩倍；其他亮紋的寬度相同，亮度逐漸下降。第十一頁(yè)12第十二頁(yè)，共67頁(yè)。2.衍射公式AB

aA,B兩條平行光線之間的光程差BC=asin

.asin

C

作平行于AC的平面,使相鄰平面之間的距離等于入射光的半波長(zhǎng).（位相差）如圖把AB波陣面分成AA1，A1A2，A2B波帶.A1A2兩相鄰波帶對(duì)應(yīng)點(diǎn)AA1中A1和A1A2中A2，到達(dá)P點(diǎn)位相差為，光程差為

/2。所以任何兩個(gè)相鄰波帶所發(fā)出的光線在P點(diǎn)相互抵消.當(dāng)BC是

/2的偶數(shù)倍，所有波帶成對(duì)抵消，P點(diǎn)暗，當(dāng)BC是

/2的奇數(shù)倍，所有波帶成對(duì)抵消后留下一個(gè)波帶，P點(diǎn)明。第十二頁(yè)13第十三頁(yè)，共67頁(yè)。結(jié)論：

fP中央明紋第一級(jí)暗紋第二級(jí)暗紋第一級(jí)明紋第二級(jí)明紋第十三頁(yè)14第十四頁(yè)，共67頁(yè)。

1f03.圖象特點(diǎn)

f0xPλI0衍射屏透鏡觀測(cè)屏f

1第十四頁(yè)15第十五頁(yè)，共67頁(yè)。其余各級(jí)明紋的寬度,通?？醋魇窍噜弮蓷l暗紋中心之間的距離.λI0衍射屏透鏡觀測(cè)屏f

1第十五頁(yè)16第十六頁(yè)，共67頁(yè)。明紋是由一個(gè)半波帶產(chǎn)生的,所以明紋強(qiáng)度隨衍射級(jí)次的增加而逐漸減少，衍射級(jí)次越高,對(duì)應(yīng)的

角越大,BC=asin

也越大,單縫被截出的半波帶數(shù)目越多,每個(gè)半波帶的面積越小,其單獨(dú)存在時(shí)在光屏上產(chǎn)生的光陣動(dòng)越弱.AB

aasin

C第十六頁(yè)17第十七頁(yè)，共67頁(yè)。a

時(shí),

角很小,各級(jí)條紋集中在中央明紋附近,分辨不清,單一明條紋幾何光學(xué)。5.狹縫寬度對(duì)衍射圖象的影響衍射現(xiàn)象不明顯，可作幾何光學(xué)處理；第十七頁(yè)18第十八頁(yè)，共67頁(yè)。例：水銀燈發(fā)出的波長(zhǎng)為546nm的綠色平行光，垂直入射于寬0.437mm的單縫，縫后放置一焦距D為40cm的透鏡，試求在透鏡焦面上出現(xiàn)的衍射條紋中央明紋的寬度。解：兩個(gè)第一級(jí)暗紋中心間的距離即為中央明紋寬度，對(duì)第一級(jí)暗條紋（k=

1)求出其衍射角中央明紋的角寬度式中

1很小透鏡焦面上出現(xiàn)中央明紋的寬度中央明紋的寬度與縫寬a成反比，單縫越窄，中央明紋越寬。第十八頁(yè)19第十九頁(yè)，共67頁(yè)。例：在夫瑯和費(fèi)單縫實(shí)驗(yàn)中，垂直入射的平行單色光波長(zhǎng)為=605.8nm，縫寬a=0.3mm，透鏡焦距f=1m。求：(1)

第二級(jí)明紋中心至中央明紋中心的距離；(2)

相應(yīng)于第二級(jí)和第三級(jí)明紋，可將單縫分出多少個(gè)半波帶，每個(gè)半波帶占據(jù)的寬度是多少？

解(1)單縫衍射明紋的角位置由下式確定，第十九頁(yè)20第二十頁(yè)，共67頁(yè)。干涉和衍射的區(qū)別和聯(lián)系根據(jù)惠更斯-菲涅耳原理，衍射就是衍射物所發(fā)光的波陣面上各子波在空間場(chǎng)點(diǎn)的相干疊加，所以衍射的本質(zhì)就是干涉，其結(jié)果是引起光場(chǎng)強(qiáng)度的重新分布，形成穩(wěn)定的圖樣。干涉和衍射的區(qū)別主要體現(xiàn)在參與疊加的光束不同，干涉是有限光束的相干疊加，衍射是無(wú)窮多子波的相干疊加。第二十頁(yè)21第二十一頁(yè)，共67頁(yè)。由大量等寬，等間距的平行狹縫所組成的光學(xué)元件。光柵常數(shù)

d=a+bPoab

§3光柵衍射第二十一頁(yè)22第二十二頁(yè)，共67頁(yè)?？p寬a，刻痕寬度b，光柵常數(shù)：d=a+bd1.光柵公式屏上出現(xiàn)衍射圖象，實(shí)質(zhì)：每個(gè)透光縫衍射（單縫衍射）的基礎(chǔ)上，各透光縫之間相互干涉作用的總效果。0p

相鄰兩束光的光程差=(a+b)sin

干涉加強(qiáng)

(1)(k=0,1,…)透光縫越多,條紋越明顯.第二十二頁(yè)23第二十三頁(yè)，共67頁(yè)。如果同一個(gè)

滿(mǎn)足(1)式時(shí),又滿(mǎn)足:每個(gè)狹縫各自的光（按單縫衍射）相消，談不上縫與縫之間的干涉，按(1)式應(yīng)出現(xiàn)的明條紋，實(shí)際不出現(xiàn)缺級(jí)現(xiàn)象。第二十三頁(yè)24第二十四頁(yè)，共67頁(yè)。討論題:光柵衍射光強(qiáng)曲線光柵衍射光強(qiáng)曲線圖7.9光柵衍射光強(qiáng)曲線IN2I0單01234-1-2-3-40II0單-2-112單縫衍射光強(qiáng)曲線單縫衍射的基礎(chǔ)上，各透光縫之間相互干涉作用的總效果。01234-1-2-3-4單縫衍射明紋強(qiáng)度隨衍射級(jí)次的增加而逐漸減少。第二十四頁(yè)25第二十五頁(yè)，共67頁(yè)。（k=0,

1,

2,

3…）--

光柵方程設(shè)每個(gè)縫發(fā)的光在對(duì)應(yīng)衍射角

方向P點(diǎn)的光振動(dòng)的振幅為

EpP點(diǎn)為主極大時(shí)明紋條件：2光柵衍射光強(qiáng)曲線(振幅矢量法)暗紋條件：由同頻率、同方向振動(dòng)合成的矢量多邊形法則得：P點(diǎn)合振幅為零,各分振幅矢量組成閉合多邊形。XoN

第二十五頁(yè)26第二十六頁(yè)，共67頁(yè)。暗紋條件：又由(1),(2)得例：N=4,有三個(gè)極?。?234

/241

0

/d-(

/d)-2(

/d)2

/dII0sin

N

=4光強(qiáng)曲線

/4d-(

/4d)相位差在0與2之間1234

3

/2光柵暗紋公式第二十六頁(yè)27第二十七頁(yè)，共67頁(yè)。0

/d-(

/d)-2(

/d)2

/dII0sin

N=4光強(qiáng)曲線

/4d-(

/4d)暗紋間距=相鄰主極大間有N－1個(gè)暗紋和N－2個(gè)次極大。教材（7.3.4）討論一般情況：特別注意：k級(jí)主極大左是kN-1，右kN+1級(jí)極小！本例：如取k=1，左：kN-1=3，右kN+1=5級(jí)極小。第二十七頁(yè)28第二十八頁(yè)，共67頁(yè)。0II0單-2-112單縫衍射光強(qiáng)曲線N2sin2N

/sin2

04-8-48多光束干涉光強(qiáng)曲線N2I0單048-4-8單縫衍射輪廓線光柵衍射光強(qiáng)曲線缺級(jí)公式這里主極大缺±4,±8…級(jí)。單縫衍射的基礎(chǔ)上，各透光縫之間相互干涉作用的總效果。單縫衍射明紋強(qiáng)度隨衍射級(jí)次的增加而逐漸減少。第二十八頁(yè)29第二十九頁(yè)，共67頁(yè)。請(qǐng)回答：N=————；這里主極大缺級(jí)是————。53隨堂小議第二十九頁(yè)30第三十頁(yè)，共67頁(yè)。光柵譜線特點(diǎn)與單縫衍射的情況相比,光柵衍射明紋要明亮、尖銳得多；且明紋之間彼此也分得很開(kāi)，形成明銳且清晰可辨的譜線。單縫衍射：I

A2光柵衍射：I(NA)2

(光柵共有N條縫),是單縫衍射明紋強(qiáng)度的N

2倍.由于N通常很大,光柵衍射明紋強(qiáng)度也必然很大,這樣的明條紋稱(chēng)為主極大.進(jìn)一步的分析表明:在相鄰兩根主極大明條紋之間,還有N-2根很小的明條紋,稱(chēng)為次明紋,因其強(qiáng)度太小,實(shí)際上觀察不到,而構(gòu)成相鄰主極大之間的背景暗區(qū),所以明紋(主極大)之間彼此也分得很開(kāi)，形成明銳且清晰可辨的譜線.第三十頁(yè)31第三十一頁(yè)，共67頁(yè)。增加縫數(shù)N，會(huì)使干涉條紋變窄；在兩個(gè)主極大之間有N-2個(gè)次極大。增加縫數(shù)，次極大的相對(duì)光強(qiáng)會(huì)減小。由于Imax=N2I0，所以增加縫數(shù)會(huì)增加主極大的亮度。第三十一頁(yè)32第三十二頁(yè)，共67頁(yè)。當(dāng)縫數(shù)很多時(shí)，次極大很小，主極大的條紋又細(xì)又亮。第三十二頁(yè)33第三十三頁(yè)，共67頁(yè)。

復(fù)色光照射光柵時(shí)，譜線按波長(zhǎng)向外側(cè)依次分開(kāi)排列，形成光柵光譜。光柵分光鏡3.光柵光譜光柵光譜對(duì)同級(jí)明紋，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光波衍射角較大。白光或復(fù)色光入射，高級(jí)次光譜會(huì)相互重疊。第三十三頁(yè)34第三十四頁(yè)，共67頁(yè)。例：利用一個(gè)每厘米刻有4000條縫的光柵，在白光垂直照射下，可以產(chǎn)生多少完整的光譜？問(wèn)哪一級(jí)光譜中的哪個(gè)波長(zhǎng)的光開(kāi)始與其他譜線重疊？解:對(duì)第k級(jí)光譜，角位置從

k紫到

k紅，要產(chǎn)生完整的光譜，即要求

紫的第(k+1)級(jí)紋在

紅的第k級(jí)條紋之后，亦即根據(jù)光柵方程由得或所以只有k=1才滿(mǎn)足上式，所以只能產(chǎn)生一個(gè)完整的可見(jiàn)光譜，而第二級(jí)和第三級(jí)光譜即有重疊出現(xiàn)。第三十四頁(yè)35第三十五頁(yè)，共67頁(yè)。設(shè)第二級(jí)光譜中波長(zhǎng)為

''的光與第三級(jí)中紫光開(kāi)始重疊，這樣例：利用一個(gè)每厘米刻有4000條縫的光柵，在白光垂直照射下，可以產(chǎn)生多少完整的光譜？問(wèn)哪一級(jí)光譜中的哪個(gè)波長(zhǎng)的光開(kāi)始與其他譜線重疊？光色波長(zhǎng)

(nm)

紅（Red）620～760橙（Orange）592～620

黃（Yellow）578～592

綠（Green）500～578青（Cyan）464～500藍(lán)（Blue）446～464紫（Violet）400～446

0級(jí)1級(jí)2級(jí)-1級(jí)-2級(jí)3級(jí)-3級(jí)第三十五頁(yè)36第三十六頁(yè)，共67頁(yè)。例：用每毫米刻有500條柵紋的光柵，觀察鈉光譜線（=589.3nm）,問(wèn)(1)平行光線垂直入射時(shí)；最多能看見(jiàn)第幾級(jí)條紋？總共有多少條條紋？(2)由于鈉光譜線實(shí)際上是

1=589.0nm

及

2=589.6nm兩條譜線的平均波長(zhǎng)，求在正入射時(shí)最高級(jí)條紋此雙線分開(kāi)的角距離及在屏上分開(kāi)的線距離。設(shè)光柵后透鏡的焦距為2m.解(1)根據(jù)光柵方程按題意知，光柵常數(shù)為k的可能最大值相應(yīng)于代入數(shù)值得k只能取整數(shù)，故取k

=

3,即垂直入射時(shí)能看到第三級(jí)條紋。第三十六頁(yè)37第三十七頁(yè)，共67頁(yè)。對(duì)光柵公式兩邊取微分設(shè)波長(zhǎng)為

及+d

第k級(jí)的兩條紋分開(kāi)的角距離為d

k(2)由于鈉光譜線實(shí)際上是

1=589.0nm

及

2=589.6nm兩條譜線的平均波長(zhǎng)，求在正入射時(shí)最高級(jí)條紋此雙線分開(kāi)的角距離及在屏上分開(kāi)的線距離。設(shè)光柵后透鏡的焦距為2m.光線正入射時(shí)，最大級(jí)次為第3級(jí)，相應(yīng)的角位置

3為所以鈉雙線分開(kāi)的線距離第三十七頁(yè)38第三十八頁(yè)，共67頁(yè)。解:例:波長(zhǎng)為

=632.8nm的平行單色光垂直入射到某光柵上，設(shè)該光柵每毫米刻有500條刻痕，相鄰刻痕間透光部分寬度為1000nm，求(1)光柵常數(shù);(2)一共能觀察到多少根明條紋?能觀察到的光柵衍射條紋的最大衍射角應(yīng)小于將其代入光柵公式k只能取整數(shù)，故能觀察到的最高明條紋級(jí)數(shù)k

=

3,第三十八頁(yè)39第三十九頁(yè)，共67頁(yè)。解:(1)由單縫衍射中央明條紋寬度公式,(2)在由單縫衍射第一級(jí)暗紋公式asin=,所確定的

內(nèi),按光柵衍射主極大的公式,即兩式聯(lián)立例:一衍射光柵,每厘米有400條透光縫,每條透光縫寬度為a=110-5m,在光柵后放一焦距f=1m的凸透鏡,現(xiàn)以=500nm的單色平行光垂直照射光柵,求(1)透光縫a的單縫衍射中央明條紋寬度為多少?(2)在該寬度內(nèi),有幾個(gè)光柵衍射主極大?有5個(gè)光柵衍射主極大第三十九頁(yè)40第四十頁(yè)，共67頁(yè)。波長(zhǎng)為

+

的第k級(jí)主極大的角位置為：波長(zhǎng)為

的第kN+1級(jí)極小的角位置為：光柵的分辨本領(lǐng)是指把波長(zhǎng)靠得很近的兩條譜線分辨的清楚的本領(lǐng)。4.*光柵的分辨本領(lǐng)由暗紋條件：表征光柵性能主要技術(shù)指標(biāo)。定義為：——兩條譜線的平均波長(zhǎng)

——兩條譜線的波長(zhǎng)差根據(jù)瑞利準(zhǔn)則：要分辨k級(jí)光譜中波長(zhǎng)為和+兩條譜線。要滿(mǎn)足波長(zhǎng)+第k主級(jí)大恰好與波長(zhǎng)的最鄰近（kN+1）的極小相重合。特別注意：k級(jí)主極大左是kN-1，右kN+1級(jí)極??！第四十頁(yè)41第四十一頁(yè)，共67頁(yè)。例：設(shè)計(jì)一光柵，要求：(1)能分辨鈉光譜的5.890×10-7m和5.896×10-7m的第二級(jí)譜線；(2)第二級(jí)譜線衍射角300;(3)第三級(jí)譜線缺級(jí)。解(1)按光柵的分辨本領(lǐng)得即必須有(2)根據(jù)由于300，所以(3)缺級(jí)公式

第三級(jí)譜線缺級(jí)這樣光柵的N、a、b均被確定。第四十一頁(yè)42第四十二頁(yè)，共67頁(yè)。§4光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)1.夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射衍射圖象：明暗相間的同心圓。中央亮斑稱(chēng)愛(ài)里斑:占總?cè)肷涔鈴?qiáng)的84%。

為半角寬度；0.61

/R第四十二頁(yè)43第四十三頁(yè)，共67頁(yè)。幾何光學(xué):

物點(diǎn)

象點(diǎn)物(物點(diǎn)集合)

象(象點(diǎn)集合)(經(jīng)透鏡)波動(dòng)光學(xué):物點(diǎn)

象斑物(物點(diǎn)集合)

象(象斑集合)(經(jīng)透鏡)距離很近的兩個(gè)物點(diǎn)的象斑有可能重疊，從而分辨不清。

在光學(xué)成象問(wèn)題中，有兩種討論方法：2.光學(xué)儀器的分辯本領(lǐng)第四十三頁(yè)44第四十四頁(yè)，共67頁(yè)。Thediffractionpatternfromasingle,smallcircularapertureisidenticaltothediffractionpatternofastar(orpointsource)Thethreepicturesaboverepresentthediffractionpatternoftwopointsources.Inthepicture1,itispossibletodistinguishbetweenthetwopointsources.Theremainingtwopicturesshowwhenthereistwomuchoverlapforthetwopointsourcestobedistinguished.第四十四頁(yè)45第四十五頁(yè)，共67頁(yè)。近遠(yuǎn)規(guī)定：第一個(gè)中央亮斑中心最亮處剛好與另一個(gè)最暗處重合?！『媚芊直妗５谒氖屙?yè)46第四十六頁(yè)，共67頁(yè)。瑞利給出恰可分辨兩個(gè)物點(diǎn)的判據(jù)：可分辨恰可分辨不可分辨100%73.6%第四十六頁(yè)47第四十七頁(yè)，共67頁(yè)。

例：在通常的明亮環(huán)境中，人眼瞳孔的直徑約為3mm，問(wèn)人眼的最小分辨角是多大？如果紗窗上兩根細(xì)絲之間的距離

l=2.0mm，問(wèn)離紗窗多遠(yuǎn)處人眼恰能分辨清楚兩根細(xì)絲？解:以視覺(jué)感受最靈敏的黃綠光來(lái)討論，其波長(zhǎng)=550nm，人眼最小分辨角設(shè)人離紗窗距離為S，則如果恰能分辨第四十七頁(yè)48第四十八頁(yè)，共67頁(yè)。假設(shè)可見(jiàn)光波段不是在400nm-760nm，而是在毫米波段，而人眼睛瞳孔仍保持在3mm左右，設(shè)想人們看到的外部世界是什么景象？討論在我們的生活的世界，可見(jiàn)光波長(zhǎng)的大小和人眼瞳孔的孔徑配合得是非常巧妙的，“天然地”滿(mǎn)足

D的條件，物體在視網(wǎng)膜上成像時(shí)就可以不考慮瞳孔的衍射，而認(rèn)為光線是直線傳播，那么物體上的任一物點(diǎn)通過(guò)眼睛的水晶體成像到視網(wǎng)膜上的像也是一個(gè)點(diǎn)，我們就可以清楚地分辨眼前的景物了。而如果可見(jiàn)光的波長(zhǎng)也變成毫米量級(jí)，則波長(zhǎng)與瞳孔孔徑大小可比，每個(gè)物點(diǎn)在視網(wǎng)膜上的像將不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)很大的衍射斑，以至于無(wú)法把它們分辨出來(lái)，人們看不到目前所看到的物體形狀了，而是一片模糊的景象。隨堂小議第四十八頁(yè)49第四十九頁(yè)，共67頁(yè)。十九世紀(jì)末二十世紀(jì)處，這其間科學(xué)發(fā)現(xiàn)高峰迭起，科學(xué)家也歷經(jīng)磨難，與天斗、與地斗、與人斗，其樂(lè)無(wú)窮。在這兩個(gè)世紀(jì)相交之時(shí)，科學(xué)的標(biāo)志是甚么呢？說(shuō)來(lái)有趣，竟是一絲亮光，如螢火蟲(chóng)那樣在黑夜中一閃，便迎來(lái)了一個(gè)新紀(jì)元。1895年11月8日，星期五，這天下午，德國(guó)維爾茨堡大學(xué)五十歲的倫琴像平時(shí)一樣，正在實(shí)驗(yàn)室黑屋子里專(zhuān)心做實(shí)驗(yàn)。他用放電管做放電實(shí)驗(yàn)。出現(xiàn)了神秘的熒光，隨著感應(yīng)圈的起伏放電，忽如夜空深處飄來(lái)一小團(tuán)淡綠色的云朵，在躲躲閃閃地運(yùn)動(dòng)。倫琴大為震驚，他一把抓過(guò)桌上的火柴，嚓的一聲劃亮。原來(lái)離工作臺(tái)近一米遠(yuǎn)的地方立著一個(gè)亞鉑氰化鋇小屏，熒光是從這里發(fā)出的。

世紀(jì)之交,科學(xué)的標(biāo)志第四十九頁(yè)50第五十頁(yè)，共67頁(yè)。陰極射線絕不能穿過(guò)數(shù)厘米以上的空氣，怎么能使這面在將近一米外的光屏閃光呢？莫非是一種未發(fā)現(xiàn)的新射線嗎？他興奮地托起熒光屏，一前一后地挪動(dòng)位置，可是那一絲綠光總不會(huì)逝去。看來(lái)這種新射線的穿透能力極強(qiáng)，與距離沒(méi)有多大關(guān)系。那末除了空氣外它能不能穿透其他物質(zhì)呢？

倫琴抽出一張撲克牌，擋住射線，熒光屏上照樣出現(xiàn)亮光。他又換了一本書(shū)，熒光屏雖不像剛才那樣亮，但照樣發(fā)光。他又換了一張污鋁片，效果和一本厚書(shū)一樣。他再換一張薄鉛片，卻沒(méi)有了亮光，——鉛竟能截?cái)嗌渚€。一連幾個(gè)星期，倫琴突然失蹤，課堂上、校園里都找不見(jiàn)他，終日將自己關(guān)在實(shí)驗(yàn)室里。別人可以不管，夫人貝爾塔可不能不問(wèn)。貝爾塔一是擔(dān)心他的身體，二是出于好奇。這天估計(jì)倫琴已開(kāi)始工作，她便偷偷地溜進(jìn)實(shí)驗(yàn)室里。第五十頁(yè)51第五十一頁(yè)，共67頁(yè)。正好這時(shí)倫琴高興，他并沒(méi)有責(zé)備貝爾塔私闖實(shí)驗(yàn)室，“來(lái)得正好，請(qǐng)幫個(gè)忙。你雙手捧著這個(gè)小熒光屏向后慢慢退去，我來(lái)觀察，看隨著距離的遠(yuǎn)近熒光的亮度有甚么變化。”倫琴說(shuō)：“退”，她就向后退一步；說(shuō)“?！?，她就停下來(lái)等待他觀察。這樣越退越遠(yuǎn)，貝爾塔已完全被黑暗所吞沒(méi)，倫琴眼里只留下一方熒屏的閃亮。倫琴正看得入神，忽聽(tīng)暗處貝爾塔“呀”地一聲尖叫，接著便是眶當(dāng)一聲，熒屏跌落在地。倫琴忙將電燈打開(kāi)，只見(jiàn)貝爾塔，雙手前伸，兩目癡睜睜的說(shuō)：“手，剛才我看見(jiàn)了我的手”。“你這手不是好好的嗎？”“不，它又變回來(lái)了，剛才太可怕了，我這兩只手只剩下幾根光骨頭”。第五十一頁(yè)52第五十二頁(yè)，共67頁(yè)。倫琴熄滅燈，又重新立起一塊熒光屏，這次他將自己的手伸在屏上，果然顯出五根手骨的影子。然后他又取出一個(gè)裝有照相底板的暗盒，請(qǐng)貝爾塔將一只手平放在上面，再用放電管對(duì)準(zhǔn)，這樣照射了十五分鐘。底片在顯影液里撈出來(lái)了，手部的骨骼清晰可見(jiàn)，連無(wú)名指上那顆結(jié)婚戒指都清清楚楚，這是因?yàn)榻渲竿耆珦踝×松渚€。在1895年的最后幾天，倫琴將這項(xiàng)研究成果整理成一篇論文《一種新的射線，初步報(bào)告》，給了維爾茨堡物理學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)。同時(shí)又把報(bào)告的副本和幾張X射線照片郵寄給他的幾位物理學(xué)家朋友。1896年1月5日，維也納《新聞報(bào)》就在頭版以《聳人聽(tīng)聞的發(fā)現(xiàn)》為題，在全世界第一次發(fā)表了這條獨(dú)家新聞。第五十二頁(yè)53第五十三頁(yè)，共67頁(yè)。W.K.RontgenW.K.Rontgen(1845~1923)(1845~1923)1901年獲首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線管的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一種穿透力很強(qiáng)的射線。高壓電源金屬靶電子束高能由于未知這種射線的實(shí)質(zhì)（或本性），將它稱(chēng)為X射線。X射線§5X

射線的衍射倫琴第五十三頁(yè)54第五十四頁(yè)，共67頁(yè)。(1879~1960)(1879~1960)M.vonRaueM.vonRaue1914年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)X射線發(fā)現(xiàn)17年后，于1912年，德國(guó)物理學(xué)家勞厄找到了X射線具有波動(dòng)本性的最有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：發(fā)現(xiàn)并記錄了X射線通過(guò)晶體時(shí)發(fā)生的衍射現(xiàn)象。由此，X射線被證實(shí)是一種頻率很高（波長(zhǎng)很短）的電磁波。在電磁波譜中，X射線的波長(zhǎng)范圍約為0.005nm到10nm，相當(dāng)于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的10萬(wàn)分之一到50分之一。勞厄第五十四頁(yè)55第五十五頁(yè)，共67頁(yè)。勞厄的X射線衍射實(shí)驗(yàn)原理圖晶體中有規(guī)則排列的原子，可看作一個(gè)立體的光柵。原子的線度和間距大約為10-10m數(shù)量級(jí)，根據(jù)前述可見(jiàn)光的光柵衍射基本原理推斷，只要入射X射線的波長(zhǎng)與此數(shù)量級(jí)相當(dāng)或更小些，就可能獲得衍射現(xiàn)象。衍射斑紋（勞厄斑）晶體X射線（硫化銅）記錄干板第五十五頁(yè)56第五十六頁(yè)，共67頁(yè)。1912年，英國(guó)物理學(xué)家布喇格父子提出X射線在晶體上衍射的一種簡(jiǎn)明的理論解釋——布喇格定律，又稱(chēng)布喇格條件。1915年布喇格父子獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，小布喇格當(dāng)年25歲，是歷屆諾貝爾獎(jiǎng)最年輕的得主。亨布喇格W.H.Bragg(1862~1942)W.L.Bragg(1890~1971)勞布喇格第五十六頁(yè)57第五十七頁(yè)，共67頁(yè)。氯化鈉晶體氯離子鈉離子C