第9章衍射幻灯片.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * 1895年，伦琴在研究热阴极的实验中，意外地发现实验中所用的荧光屏 有微弱的发光，他断定是热阴极发射出某种射线所致。由于当时对这种 射线的性质和本质不清楚，被伦琴称为 X-ray，后人也称伦琴射线。 进一步的实验发现X射线不是带电粒子束（在磁场中不偏转），但穿透 物质的能力很强（后被医学和工业无损探伤所广泛利用）。后来人们意 识到X射线是实际就是波长在紫外光以下的电磁波，1921年，劳厄等人 因此，X射线也被称为X光。 证实了X射线作为电磁波的波动性。 伦琴因发现X射线而获得诺贝尔奖。 * * * * * * 考察k级主极大的半角宽 ： k级主极大的光栅方程为： k级主极大边上第一个暗纹满足： 两式相减， 引入光栅分辨本领： 例：一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长?1=4400?,?2=6600?实验发现，两种波长的谱线(不计中央明纹)第二次重合于衍射角?=600的方向上，求此光栅的光栅常数d。 解： 第二次重合k1=6,k2=4 两谱线重合 所以 例：某元素的特征光谱中含有波长为 和 的光谱线。在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠 现象，重叠处 的谱线的级数将是（ ） （A）2，3，4，5 （B）2，5，8，11 （C）2，4，6，8 （D）3，6，9，12 D 解： [例] 波长为589nm的钠光垂直照射到每毫米500条刻线的透射式光栅上，衍射光无缺级现象。求： （1）最多能观察到第几级衍射光？ （2）用1cm宽的光栅，能否分辨出一级钠光谱中的双黄线结构？ 解：（1）依题意 最大级数为 3。 （2）双黄线的波长差为 ，由 得 ，恰好能分辨的光栅宽度为： 能分辨双黄线。 §23-8 X射线的衍射 1. X射线与Laue的晶体衍射实验 X射线（伦琴射线）是 波长在0.01―10nm范围 内的电磁波。 K A + ? X射线管 既然X射线是波长很短的电磁波，本性与光相同，也应有干涉或衍射现象。但 如此短的波长( )，用普通的光栅（ ）无法观察到衍射现象！ M.K.R?ntgen 伦琴 德国物理学家 1895年 伦琴夫人的手 X照片 戒指 1921年，劳厄提出用晶体替代光栅，实际晶体是立体复合光栅。  M. vonlaue（德） Laue晶体衍射实验： 衍射图样（劳厄斑） X射线管 铅板 晶片 干板 不同的晶体样品，得到的图样不同。通过图样的光强分布可以定量研究晶体的空间结构。Laue 实验的成功，开辟了用晶体衍射的方法研究晶体结构的新领域。 后 Bragg（英）父子又提出另一种X射线衍射的实验，相应的方法比较简单。这种方法研究X射线在晶体表面上反射时的干涉。 2. Bragg实验与Bragg公式 Bragg 实验原理的基础是：把晶体点阵看作规则排列的平行原子层——晶面。 晶面间距记为d。 用惠更斯-菲涅耳原理分析衍射： ?——掠射角 （1）同一晶面反射光的相干叠加 满足反射定律的散射光（子波）叠加为极大。 （2）晶面之间反射光的相干叠加 考虑第一、第二层晶面：经对应的两个原子反射的两条光线相干叠加，光程差为 相干叠加形成极大值的条件为 Bragg 公式 （条件/方程） 说明：? Bragg 实验可以以晶体各解理面为反射面来做（从不同方向），因此用Bragg 实验可以测出晶体的空间结构。 ? X 射线晶体衍射实验开拓了两个研究领域： （1） 已知晶体结构（d）测量 X光波长（?） 原子结构的研究 （2） 已知X光波长（?）测量晶体结构（d） X 射线光谱学 晶体结构分析 * [例1] 用方解石分析X射线谱，今在43?20? 和40?42? 的掠射角上观察到两条主最大谱线，求这两条谱线的波长。(已知方解石的晶格常数为 a0 = 3.029?10?10m ) 解： 同理 [例2] （习题4.27）1927年，戴维孙和革末用电子束射到镍晶体上的衍射（散射）实验证实了电子的波动性。实验中电子束垂直入射到晶面上。它们在? = 50?的方向测得了衍射电子流的极大强度。已知晶面上原子间距为d = 0.215nm，求与入射电子束相应的电子波波长。 解：相邻两镍原子散射的电子波程差为 ，由叠加加强的条件可得 本章结束 The End of This Chapter * * * * * * * 可以用透镜实现夫琅禾费衍射。 *