大学物理光的衍射(老师课件).ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * 例： 用每毫米刻有500条栅纹的光栅，观察钠光谱线 589.3nm。（1）平行光线垂直入射时；（2）平行光线以入射角30°入射时，最多能看见第几级条纹？总共有多少条条纹？ 解 ：（1）根据光栅方程 得 光栅常数为 k可能取的最大值相应于 所以 k只能取整数，故取k=3，即垂直入射时最多能看到第三级条纹。总共7条明纹。 （2）斜入射时 同样，k的可能的最大值相应于 能看到 A B D C ? i 光栅方程为 最多能看见第五级条纹；总共能看到 7 条明纹 斜入射可观察到更高的级次 屏幕上的主极大总条数不变 例：?=6000?的平行光斜射到光栅上, 入射角i=45? , 光栅缝宽a=1.2?m, 相邻缝间不透光部分的宽度b=2.4?m , 问最多能观察到多少条谱线？ 解： 光栅方程： 令?= 90? ? kmax=10.2 令?= -90? ? kmin= -1.8 缺级： ? i 取 k?=1, 2, 3 ? k=3, 6, 9级缺失 ? 最多能观察到12-3=9条谱线 若改为垂直入射，结果？ §5 X射线的衍射（diffraction of X-rays） M.K.R?ntgen 伦琴 (1845-1923) 伦琴夫人的手 X照片 戒指 1895年德国物理学家伦琴发现了高速电子撞 击固体可产生一种能使胶片感光、 空气电离、 荧光质发光? 的中性射线， 称为 X 射线。 由于发现X射线 获1901年（首届） 诺贝尔物理奖 X射线波长范围：10埃～ 0.01埃 欲观察其衍射现象 则衍射线度应与其波长差不多 晶体的晶格常数恰是这样的线度 晶体可看作三维立体光栅 - K A X射线 X射线管 + K — 阴极，A — 阳极 加速阴极发射的热电子 A? K间加几万伏高压， X 射线管的结构如下： d d?? ? ? dsin? 1 2 A C B 一、X 射线在晶体上的衍射: 1、衍射中心： : 掠射角 d ：晶面间距（晶格常数） 2、同一层晶面上点间散射光的干涉： 每个原子都是散射子波的波源点源 ? ? ? ? ? ? ? ? 3、面间散射光的干涉： NaCl d =0. 28nm 符合反射定律的散射光加强 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 每一晶面层相当于单缝 各层相当于光栅的多缝 晶面 散射光干涉加强条件： ——布拉格公式 二、应用 已知?、? 可测d 已知?、d 可测? — X 射线晶体结构分析。 — X 射线光谱分析。 共同获得了1915年的诺贝尔物理学奖。 布拉格父子（W.H.Bragg， W.L.Bragg ） 由于利用X射线分析晶体结构的杰出工作， 威廉 .亨利 . 布拉格（父） 威廉 . 劳伦斯 . 布拉格（子） 1862 — 1942 1890 — 1971 三、实际观察X 射线衍射的作法 1、劳厄法： 使用? 连续的X射线照射晶体， 此法可定晶轴方向。可算出d, 知晶体点阵结构。 得到所有晶 面族反射的主极大。 每个主极大对应一个亮斑 （劳厄斑）。 X 射 线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? d ? ? 这样得到的衍射图叫劳厄 (Laue)相。 晶体 底 片 准直缝 X 射 线 管 SiO2 的劳厄相 2、粉末法： 用确定? 的X射线入射到多晶粉末。大量无规晶面取向，总可使布拉格条件满足。这样得到的衍射图叫德拜 (Dedye)相。此法可定晶格常数。 粉末铝 的德拜相 劳 厄 斑 点 （1912 ） 证实了X 射线的波动性 劳厄 Chap.22 SUMMARY ⒈惠更斯－菲涅耳原理 ⒉单缝夫朗合费衍射 ⑴半波带方法 ⑵条纹位置 0 (中央明纹) (两侧明纹) (暗纹) ⑶条纹线宽度： ⑷条纹强度 *⒊光学仪器的分辨本领 -3? 3? -? 0.017 -2? 0.047 ? asin? 0.047 0.017 1 I / I0 0 2? ⒋光栅衍射 ⑴光栅方程 ⑵谱线特点：很窄、很亮、间距较大 斜入射： 入射角 ⑶谱线缺级： (k?取非零整数，使k为整数) 布拉格公式： *⒌晶体的X射线衍射 * * * * * * * * * * * * * * * * * * 二、成像光学仪器的分辨本领 光学仪器均有口径 ，对光来说都是衍射孔的物点经光学仪器成像，实际是成一个衍射斑；每个物点成像均是圆孔的夫琅和费衍射斑 衍射限制了透镜的分辨能力。 两个物点的像怎样才算能分辨呢