高中物理竞赛辅导参考资料之20PPT课件
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48
任一平用面图上示的法点作阵简零散易级射证波谱明的证干明涉
入射 X射线
Z 平面法线
镜面反射方向 A
入射角
CD
B
C
掠射角
A
C
B
X
Y 任一平面 上的点阵
干A涉A 结果BB总是；在镜C C面反A射D方，向A上A 出现C C最大C光C强
光程相称等 为该即平光面程的差为零零级衍干射涉谱得最大光强 49
面间点阵散面射波间的散干射涉 波干涉
观察条件
若
即
则
除
外，看不到任何衍射级。
对于可见光，其最短波长为 4×10 - 4 mm 若光栅常数 d ＜4×10 - 4 mm 即刻线密度 高于2500条 mm
则观察不到衍射现象
若
即
以至各级的衍射角太小，各级 谱线距零级太近，仪器无法分 辨，也观察不到衍射现象。
34
缺级现象
35
光栅光谱
※ 对同级明纹，波长较长的光波衍射角较大。 ※ 白光或复色光入射，高级次光谱会相互重叠。
光的衍射
1
整体概况
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
点击此处输入 相关文本内容
02
概况三
点击此处输入 相关文本内容
03
2
本章Co内nt容ents chapter 20
惠更斯 - 菲涅耳原理 Huygens-Fresnel principle 单缝衍射 single slit diffraction 圆孔衍射 circular hole diffraction 光栅衍射 grating diffraction
7
条件实现
8
第二节
20-2 single slit diffraction
9
单缝衍射
夫琅禾费单缝衍射基本光路
10
衍射图样
11
单缝子波
12
半波带法
13
续上
14
单缝公式
15
缝宽因素
16
波长因素
17
例题1
18
例题2
19
第三节
20- 3 circular hole diffraction
36
光栅例一
37
600 n m
28°
而且第三级谱缺级
光栅常数 ( a + b ) a 的可能最小宽度 在上述条件下最多 能看到多少条谱线
光栅例二
2×6×10 - 4 0.469 2.56×10 - 3(mm) 由第三级谱缺级判断
0.85×10 - 3(mm)
最大取
max
4.27 取整数4
4 （ 3） 2 1 0 1 2 （3） 4
（缺）
（缺）
最多能看到 7 条谱线 38
光栅例三
39
第五节
20- 5 X ray diffraction
40
X射线衍射
1895年，德国物理学家伦琴在研究 阴极射线管的过程中，发现了一种穿透 力很强的射线。
金属靶
高能 电子束
高 压 电
源
1901年获首届诺贝尔 物理学奖
X射线 由于未知这种射线的实质（或本性）， 将它称为 X 射线。
28
D = 2 mm，
人眼例题
= 550 nm
1.22
3.35 10 4 (rad)
8.35 10 2 (mm)
3.35 (mm)
29
第四节
20- 4 grating diffraction
30
光柵衍射
31
双重因素
32
光栅方程
33
由光栅方程
光栅常数
得
并非取任何比值
的
情况下都能观察到衍射现象
X射线衍射 X ray diffraction
3
4
衍射现象
第一节
20-1 Huygens-Fresnel principle
5
惠菲原理
根据这一原理，原则上可计算任意形状孔径的衍射问题。 本章的重点不是具体解算上述积分，而是运用该原理有关子 波干涉的基本思想去分析和处理一些典型的衍射问题。 6
两类衍射
作截面分析
面1
面2
面3
…
50
面间点阵散射波布的喇干涉格定律
入射角 掠射角
求出相邻晶面距 离为 d 的两反射 光相长干涉条件
层间两反射 光的光程差
相长干涉得 亮点的条件
布喇格定律
或布喇格条件
51
公式应用
根据晶体中原子有规则的排列，沿不同的方向，可划 分出不同间距 d 的晶面。
20
圆孔爱里
21
圆孔公式
22
分辨本领
23
瑞利判据
24
畧偏临界
25
分辨星星
如果用望远镜观 察到在视场中靠得 很近的四颗星星恰 能被分辨。
若将该望远镜的 物镜孔径限制得更 小，则可能分辨不 出这是四颗星星。
26
提高分辨
27
相机例题
1.22 1.342 10 5 (Hale Waihona Puke Baiduad)
2.349 10 3 (mm) 1 425.8 (mm 1)
41
1914年获诺贝尔物理学奖
X 射线发劳现厄17年后，于
1912年，德国物理学家劳厄 找到了 X 射线具有波动本性 的最有力的实验证据：
发现并记录了 X 射线通过 晶体时发生的衍射现象。
由此，X射线被证实是一种频率 很高（波长很短）的电磁波。
在电磁波谱中，X射线的波长范 围约为 0.005 nm 到 10 nm，相当
于可见光波长的 10万分之一 到 50 分之一 。
42
劳厄的 X 射线衍射实劳验厄原理斑图
晶体
（硫化铜）
记
录
X 射
干 板
线
衍射斑纹（劳 厄 斑）
晶体中有规则排列的原子，可看作一个立体的光栅。原子的线度和间 距大约为10 - 10 m 数量级，根据前述可见光的光栅衍射基本原理推断，只 要 入射X 射线的波长与此数量级相当或更小些，就可能获得衍射现象。
45
点阵的散射波
X 射晶体线结构中的三维外空场原子作间或用点离下子做阵中受的迫电振子动在。
晶体中的 原子或离子
晶体点阵
氯化中钠的晶每体一阵
点可看作一
氯个离新的子波源， 向 入C外 射l辐 的＋射X 与射
钠线 电同 磁离频 波子率 ，的 称
为散Na射波。
46
X 射X线射 线
散射波干涉
晶体点阵的散射原波子或可离以子相中互的干电涉子在。
外场作用下做受迫振动。
晶体包点括阵 中的面每中一点阵阵 点 个可 新散看 的射波作 波干一源涉， 向外辐和射与 入射面的间X点阵射 线 电同 磁散频 波射波率 ，干的 称涉 为散射波。
47
入射 X射线
零级衍射谱
任一平面上的点阵散射波的干涉
平面法线
镜面反射方向
入射角
掠射角
任一平面 上的点阵
干涉结果总是在镜面反射方向上出现最大光强 称为该平面的零级衍射谱
43
1912年， 英国物理学 家布喇格父 子提出 X射 线在晶体上 衍射的一种 简明的理论 解释 布 喇格定律， 又称布喇格 条件。
布喇格父子
1915年布喇格父子获诺贝尔物理学奖，小布 喇格当年25岁，是历届诺贝尔奖最年轻的得主。
44
三维空间点阵
晶体结构中的三维空间点阵
氯化钠晶体 氯离子 Cl ＋ 钠离子 Na
任一平用面图上示的法点作阵简零散易级射证波谱明的证干明涉
入射 X射线
Z 平面法线
镜面反射方向 A
入射角
CD
B
C
掠射角
A
C
B
X
Y 任一平面 上的点阵
干A涉A 结果BB总是；在镜C C面反A射D方，向A上A 出现C C最大C光C强
光程相称等 为该即平光面程的差为零零级衍干射涉谱得最大光强 49
面间点阵散面射波间的散干射涉 波干涉
观察条件
若
即
则
除
外，看不到任何衍射级。
对于可见光，其最短波长为 4×10 - 4 mm 若光栅常数 d ＜4×10 - 4 mm 即刻线密度 高于2500条 mm
则观察不到衍射现象
若
即
以至各级的衍射角太小，各级 谱线距零级太近，仪器无法分 辨，也观察不到衍射现象。
34
缺级现象
35
光栅光谱
※ 对同级明纹，波长较长的光波衍射角较大。 ※ 白光或复色光入射，高级次光谱会相互重叠。
光的衍射
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
本章Co内nt容ents chapter 20
惠更斯 - 菲涅耳原理 Huygens-Fresnel principle 单缝衍射 single slit diffraction 圆孔衍射 circular hole diffraction 光栅衍射 grating diffraction
7
条件实现
8
第二节
20-2 single slit diffraction
9
单缝衍射
夫琅禾费单缝衍射基本光路
10
衍射图样
11
单缝子波
12
半波带法
13
续上
14
单缝公式
15
缝宽因素
16
波长因素
17
例题1
18
例题2
19
第三节
20- 3 circular hole diffraction
36
光栅例一
37
600 n m
28°
而且第三级谱缺级
光栅常数 ( a + b ) a 的可能最小宽度 在上述条件下最多 能看到多少条谱线
光栅例二
2×6×10 - 4 0.469 2.56×10 - 3(mm) 由第三级谱缺级判断
0.85×10 - 3(mm)
最大取
max
4.27 取整数4
4 （ 3） 2 1 0 1 2 （3） 4
（缺）
（缺）
最多能看到 7 条谱线 38
光栅例三
39
第五节
20- 5 X ray diffraction
40
X射线衍射
1895年，德国物理学家伦琴在研究 阴极射线管的过程中，发现了一种穿透 力很强的射线。
金属靶
高能 电子束
高 压 电
源
1901年获首届诺贝尔 物理学奖
X射线 由于未知这种射线的实质（或本性）， 将它称为 X 射线。
28
D = 2 mm，
人眼例题
= 550 nm
1.22
3.35 10 4 (rad)
8.35 10 2 (mm)
3.35 (mm)
29
第四节
20- 4 grating diffraction
30
光柵衍射
31
双重因素
32
光栅方程
33
由光栅方程
光栅常数
得
并非取任何比值
的
情况下都能观察到衍射现象
X射线衍射 X ray diffraction
3
4
衍射现象
第一节
20-1 Huygens-Fresnel principle
5
惠菲原理
根据这一原理，原则上可计算任意形状孔径的衍射问题。 本章的重点不是具体解算上述积分，而是运用该原理有关子 波干涉的基本思想去分析和处理一些典型的衍射问题。 6
两类衍射
作截面分析
面1
面2
面3
…
50
面间点阵散射波布的喇干涉格定律
入射角 掠射角
求出相邻晶面距 离为 d 的两反射 光相长干涉条件
层间两反射 光的光程差
相长干涉得 亮点的条件
布喇格定律
或布喇格条件
51
公式应用
根据晶体中原子有规则的排列，沿不同的方向，可划 分出不同间距 d 的晶面。
20
圆孔爱里
21
圆孔公式
22
分辨本领
23
瑞利判据
24
畧偏临界
25
分辨星星
如果用望远镜观 察到在视场中靠得 很近的四颗星星恰 能被分辨。
若将该望远镜的 物镜孔径限制得更 小，则可能分辨不 出这是四颗星星。
26
提高分辨
27
相机例题
1.22 1.342 10 5 (Hale Waihona Puke Baiduad)
2.349 10 3 (mm) 1 425.8 (mm 1)
41
1914年获诺贝尔物理学奖
X 射线发劳现厄17年后，于
1912年，德国物理学家劳厄 找到了 X 射线具有波动本性 的最有力的实验证据：
发现并记录了 X 射线通过 晶体时发生的衍射现象。
由此，X射线被证实是一种频率 很高（波长很短）的电磁波。
在电磁波谱中，X射线的波长范 围约为 0.005 nm 到 10 nm，相当
于可见光波长的 10万分之一 到 50 分之一 。
42
劳厄的 X 射线衍射实劳验厄原理斑图
晶体
（硫化铜）
记
录
X 射
干 板
线
衍射斑纹（劳 厄 斑）
晶体中有规则排列的原子，可看作一个立体的光栅。原子的线度和间 距大约为10 - 10 m 数量级，根据前述可见光的光栅衍射基本原理推断，只 要 入射X 射线的波长与此数量级相当或更小些，就可能获得衍射现象。
45
点阵的散射波
X 射晶体线结构中的三维外空场原子作间或用点离下子做阵中受的迫电振子动在。
晶体中的 原子或离子
晶体点阵
氯化中钠的晶每体一阵
点可看作一
氯个离新的子波源， 向 入C外 射l辐 的＋射X 与射
钠线 电同 磁离频 波子率 ，的 称
为散Na射波。
46
X 射X线射 线
散射波干涉
晶体点阵的散射原波子或可离以子相中互的干电涉子在。
外场作用下做受迫振动。
晶体包点括阵 中的面每中一点阵阵 点 个可 新散看 的射波作 波干一源涉， 向外辐和射与 入射面的间X点阵射 线 电同 磁散频 波射波率 ，干的 称涉 为散射波。
47
入射 X射线
零级衍射谱
任一平面上的点阵散射波的干涉
平面法线
镜面反射方向
入射角
掠射角
任一平面 上的点阵
干涉结果总是在镜面反射方向上出现最大光强 称为该平面的零级衍射谱
43
1912年， 英国物理学 家布喇格父 子提出 X射 线在晶体上 衍射的一种 简明的理论 解释 布 喇格定律， 又称布喇格 条件。
布喇格父子
1915年布喇格父子获诺贝尔物理学奖，小布 喇格当年25岁，是历届诺贝尔奖最年轻的得主。
44
三维空间点阵
晶体结构中的三维空间点阵
氯化钠晶体 氯离子 Cl ＋ 钠离子 Na