2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
已閱讀1頁,還剩58頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、光的衍射,8-4,縫較大時(shí),光是直線傳播的,縫很小時(shí),衍射現(xiàn)象明顯,光在傳播過程中遇到障礙物,能夠繞過障礙物的邊緣前進(jìn),這種偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射現(xiàn)象。,一、 光的衍射現(xiàn)象及其分類,1. 光的衍射現(xiàn)象,2. 惠更斯-菲涅耳原理,,若取時(shí)刻t=0波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波初相為零,則面元dS在P點(diǎn)引起的光振動(dòng)為:,(2)從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波都是相干波源,它們發(fā)出的波在空間某點(diǎn)相遇時(shí)相互疊加, 產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。,(1)介質(zhì)中

2、波陣面(波前)上的各點(diǎn),都可以看作為發(fā)射子波的波源,其后任一時(shí)刻,這些子波的包跡便是新的波陣面。,A----比例常數(shù),K(θ)----傾斜因子,所以,菲涅耳原理解釋了波為什么不向后傳的問題,這是惠更斯原理所無法解釋的。,P點(diǎn)的光振動(dòng)(菲涅耳原理的數(shù)學(xué)表達(dá))為:,解決衍射的問題,實(shí)質(zhì)是一個(gè)積分問題。,結(jié)論:,3. 衍射現(xiàn)象的分類,菲涅耳衍射,夫瑯禾費(fèi)衍射,光源—障礙物 —接收屏距離為有限遠(yuǎn)。,光源—障礙物

3、 —接收屏距離為無限遠(yuǎn)。,1.菲涅耳半波帶:,用菲涅耳半波帶法解釋單縫衍射現(xiàn)象,二、 單縫夫瑯禾費(fèi)衍射,,,,,,,B,A,f,,,,,,,,,,,,,,,,,將衍射光束分成一組一組的平行光,每組平行光的衍射角(與原入射方向的夾角)相同,衍射角不同,最大光程差BC也不同,P點(diǎn)位置不同,光的強(qiáng)度分布取決于最大光程差BC,菲涅耳半波帶法,相鄰平面間的距離是入射單色光的半波長。,任何兩個(gè)相鄰半波帶上對應(yīng)點(diǎn)所發(fā)出的光線到達(dá)AC平面的光程差均

4、為半波長(即位相差為?) ,在P點(diǎn)會(huì)聚時(shí)將一一抵消。,,考察衍射角        的一束平行光,經(jīng)透鏡后同相位地到達(dá)P0點(diǎn),所以P0點(diǎn)振幅為各分振動(dòng)振幅之和,合振幅最大,光強(qiáng)最強(qiáng)。,菲涅耳半波帶法,有三種情況:,Ⅰ可分為偶數(shù)個(gè)半波帶;,Ⅱ可分為奇數(shù)個(gè)半波帶;,Ⅲ不能分為整數(shù)個(gè)半波帶。,A,,,,,,,,,,,,,,,,,A,B,A,C,a,x,f,?,1,2,,,,,,,

5、,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,.,.,.,.,P,三個(gè)半波帶,.,.,,亮紋,菲涅耳半波帶,,,?,.,A,,,,,,,,,A,B,A,C,a,x,f,?,1,2,,,,,,,,,,,,,,λ,2,,,,.,.,.,.,.,,,A,3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P,四個(gè)半波帶,,.,.,.,,暗紋,菲涅耳半波帶,結(jié)論:分成偶數(shù)半波帶為暗紋。 分成奇數(shù)半波帶為明紋。,0,非以

6、上值:,中央明紋,明紋,暗紋,介于明紋與暗紋之間,討論:,1. 光強(qiáng)分布,2.條紋角位置及角寬度,3 條紋線位置及線寬度,0,中央明紋,明紋,暗紋,明紋,暗紋,中央兩側(cè)第一暗條紋之間的區(qū)域,稱做零極(或中央)明條紋,,(1)中央亮紋線寬度:,它滿足條件:,(2)中央亮紋角寬度為兩個(gè)第一極小間的夾角。,其它各級明條紋的寬度為中央明條紋寬度的一半。,縫越窄( a 越?。??就越大, 衍射現(xiàn)象越明顯;反之,條紋向中央靠攏。,其它各級明

7、條紋的角寬度為中央明條紋的一半。,如果用白光做光源,中央為白色明條紋,其兩側(cè)各級都為彩色條紋。該衍射圖樣稱為衍射光譜。,幾何光學(xué)是 波動(dòng)光學(xué)在 時(shí)的極限情況。,當(dāng) a大于?,又不大很多時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。,當(dāng)縫寬比波長大很多時(shí),形成單一的明條紋,這就是透鏡所形成線光源的象。顯示了光的直線傳播的性質(zhì)。,結(jié)論,因?yàn)檠苌浣窍嗤墓饩€,會(huì)聚在接收屏的相同位置上。,單縫位置對光強(qiáng)分布的影響,思考題:衍射屏為平行等

8、寬雙狹縫,每一個(gè)縫的衍射圖樣、位置一樣嗎?衍射合光強(qiáng)如何?,單縫上下移動(dòng),,條紋位置不變。,條紋位置如何?,縫寬a對條紋分布的影響,因?yàn)?所以 a 變大,sin ? 變小,條紋變窄;a 變小,sin ? 變大,條紋變寬。,,波長對條紋分布的影響,所以衍射條紋寬度隨波長的減小而變窄。,因?yàn)?光源位置對條紋位置的影響,光源上下移動(dòng),,條紋反向移動(dòng),例1.一束波長為? =5000Å的平行光垂直照射在一個(gè)單縫上。(1)已知單縫衍射的第

9、一暗紋的衍射角?1=300,求該單縫的寬度a=?(2)如果所用的單縫的寬度a=0.5mm,縫后緊挨著的薄透鏡焦距f=1m,求:(a)中央明條紋的角寬度;(b)中央亮紋的線寬度;(c) 第一級與第二級暗紋的距離; (3)在(2)的條件下,如果在屏幕上離中央亮紋中心為x=3.5mm處的P點(diǎn)為一亮紋,試求(a)該P(yáng)處亮紋的級數(shù);(b)從P處看,對該光波而言,狹縫處的波陣面可分割成幾個(gè)半波帶?,解: (1),第一級暗紋

10、k=1,?1=300,(2)已知a=0.5mm f=1m,(a)中央亮紋角寬度,(b)中央亮紋線寬度,(c) 第一級暗紋與第二級暗紋之間的距離,(3)已知x=3.5mm是亮紋,(b)當(dāng)k=3時(shí),光程差,狹縫處波陣面可分成7個(gè)半波帶。,實(shí)驗(yàn)裝置,三、圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射,中央是個(gè)明亮的圓斑,外圍是一組同心的明暗相間的圓環(huán)。,圓孔衍射光強(qiáng)分布,由第一暗環(huán)圍成的光斑,占整個(gè)入射光束總光強(qiáng)的84%,稱為愛里斑。,第一暗環(huán)對應(yīng)的衍射角

11、 稱為愛里斑的半角寬,(它標(biāo)志著衍射的程度),式中 為圓孔的直徑,若 為透鏡 的焦距,則愛里斑的半徑為:,第一級暗環(huán)的衍射角滿足;,點(diǎn)光源經(jīng)過光學(xué)儀器的小圓孔后,由于衍射的影響,所成的象不是一個(gè)點(diǎn)而是一個(gè)明暗相間的圓形光斑。,五、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng),瑞利判據(jù):如果一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖象的中央最亮處剛好與另一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖象第一個(gè)最暗處相重合,認(rèn)為這兩個(gè)點(diǎn)光源恰好能為這一光學(xué)儀器所分辨。,圓孔衍射的第

12、一級極小值由下式給出:,最小分辨角為:,在恰能分辨時(shí),兩個(gè)點(diǎn)光源在透鏡前所張的角度,稱為最小分辨角,,,s,1,s,2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,D,,,,,,,,,*,*,,,最小分辨角的倒數(shù) 稱為光學(xué)儀器的分辨率,衍射光柵:由大量等間距、等寬度的平行狹縫 所組成的光學(xué)元件。,用于透射光衍射的叫透射光柵。用于反射光衍射的叫反射光柵。,光柵常數(shù)

13、:a+b數(shù)量級為10-5~10-6m,條紋特點(diǎn):亮、細(xì)、疏,8-5 光柵衍射,衍射條紋的形成:,1)各單縫分別同時(shí)產(chǎn)生單縫衍射,注意:每一個(gè)單縫衍射的圖樣和位置都是一樣的。,一、衍射光柵,1.光柵方程,多縫干涉,單縫衍射,只有衍射,只有干涉,從不同單縫射出的平行光依次相差相同的光程BC或相同的相位差? ?,各單縫衍射的平行光產(chǎn)生什么樣的多光干涉?,,,即光柵衍射是N個(gè)相位依次相差? ?的光振動(dòng)的疊加,多縫干涉,各狹縫上的子波波

14、源一一對應(yīng),且滿足相干條件。,相鄰狹縫對應(yīng)點(diǎn)在衍射角?方向上的光程 差滿足:,k=0, 1, 2, 3 · · ·,此式稱為光柵公式。,則相干加強(qiáng),形成明條紋。狹縫越多,條紋就越明亮。,多縫干涉明條紋也稱為主極大明條紋,光柵衍射,光柵衍射圖樣是來自每一個(gè)單縫上許多子波以及來自各單縫對應(yīng)的子波彼此相干疊加而形成。因此,它是單縫衍射和多縫干涉的總效果。,多縫干涉,單縫衍射,光柵衍射,每個(gè)單縫的衍射光強(qiáng)決定

15、于來自各單縫的光振幅矢量 Ai 的大小,它隨衍射角? 而變化。而多縫干涉主極大的光強(qiáng)決定于 N·Ai受 Ai 大小的制約。,因此,光柵衍射圖樣是多縫干涉光強(qiáng)分布受單縫衍射光強(qiáng)分布調(diào)制的結(jié)果。,綜合:,如果只有衍射:,如果只有干涉:,干涉、衍射均有之:,縫數(shù) N = 4 時(shí)光柵衍射的光強(qiáng)分布圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,k=1,k=2,k=0,k=4,k=5,k=-1,k=-2,k=-4

16、,k=-5,,,k=3,k=-3,,,k=6,k=-6,中央亮紋,* 光柵衍射圖樣,光柵衍射是單縫衍射和縫間光線干涉兩種效應(yīng)的疊加,亮紋的位置決定于縫間光線干涉的結(jié)果。,a · sin?= ± k'?,k'= 1, 2,· · ·,缺級時(shí)衍射角同時(shí)滿足:,(a+b) ·sin?= ± k?,k=0, 1, 2, · · &#

17、183;,即:,k 就是所缺的級次,缺級 由于單縫衍射的影響,在應(yīng)該出現(xiàn)干涉極大(亮紋)的地方,不再出現(xiàn)亮紋,縫間光束干涉極大條件,單縫衍射極小條件,2.缺級現(xiàn)象,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,k=1,k=2,k=0,k=4,k=5,k=-1,k=-2,k=-4,k=-5,,,k=3,k=-3,k=6,,缺 級,,k=-6,缺級:,(a+b)sin ? = ± k?

18、 k=0, 1, 2, 3 · · ·,單色平行光傾斜地射到光柵上,相鄰兩縫的入射光在入射到光柵前已有光程差(a+b)sin?0,光柵方程變?yōu)椋?(a+b)(sin ? ? sin?0 )= ± k? k=0, 1, 2, 3 · · ·,例1 用每厘米刻有5000條縫的光柵觀察鈉光譜線,,最多能看到3級條紋,共7條。,問:1. 平行光線垂直入

19、射光柵時(shí);2. 光線以30o角,傾斜入射時(shí),最多能看到幾級條紋?,鈉光波長,在進(jìn)入光柵之前有一附加光程差A(yù)B,所以:,2. 傾斜入射,如果有幾種單色光同時(shí)投射在光柵上,在屏上將出現(xiàn)光柵光譜。,二. 光柵光譜,例2 波長為6000Å的單色光垂直入射在一光柵上,第二級明紋出現(xiàn)在sin?2=0.2處,第4級為第一個(gè)缺級。求(1)光柵上相鄰兩縫的距離是多少?(2)狹縫可能的最小寬度是多少?(3)按上述選定的a、b值,實(shí)際上能觀察到的

20、全部明紋數(shù)是多少?,解: (1),在-900<sin?<900范圍內(nèi)可觀察到的明紋級數(shù)為k=0,?1, ?2, ?3, ?5, ?6, ?7, ?9,共15條明紋,例3、一束平行光垂直入射到某個(gè)光柵上,該光束有兩種波長?1=4400Å,?2=6600Å實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),兩種波長的譜線(不計(jì)中央明紋)第二重合于衍射角?=600的方向上,求此光柵的光柵常數(shù)d。,解:,第二次重合k1=6,k2=4,例4:光柵A的dA

21、=2微米,光柵寬度WA=NA dA=4厘米,另一光柵B的dB=4微米,光柵寬度WB=10厘米,現(xiàn)有波長為500nm和500.01nm的平面波垂直照射這兩塊光柵,選定在第二級工作。試問:這兩塊光柵分別將這兩條譜線分開多大的角度? 能否分辨這兩條譜線?,解: 由光柵公式求第二級對應(yīng)的衍射角,用角色散的定義式求D,再求將500.01nm和 500nm雙線分開的角度。,雖然光柵B將這兩條譜線分開的角度小于光柵A的,但B光柵恰能分辨這兩條譜線

22、,而A光柵則不能分辨。,要分辨500nm和 500.01nm這兩條譜線,需要分辨本領(lǐng)大于:,因?yàn)榉直姹绢I(lǐng):,結(jié)論,光柵A,光柵B,M.K.RÖntgen,倫琴,德國物理學(xué)家,(1845-1923),8-6 X 射線在晶體中的衍射,1895年倫琴(德國)發(fā)現(xiàn)X 射線。X 射線是波長很短的電磁波。,X 射線的波長: 0.01 ~ 10nm,X 射線衍射-----勞厄?qū)嶒?yàn),根據(jù)勞厄斑點(diǎn)的分布可算出晶面間距,掌握晶體點(diǎn)陣

23、結(jié)構(gòu)。,晶體可看作三維 立體光柵。,布喇格父子(W.H.Bragg, W.L.Bragg英國),對倫琴射線衍射的研究:,布喇格父子(W.H.Bragg, W.L.Bragg)對倫琴射線衍射的研究(把晶體空間點(diǎn)陣當(dāng)作反射光柵):,光程差 :,干涉加強(qiáng)條件(布喇格公式):,討論:,1. 如果晶格常數(shù)已知,可以用來測定X射線的波長,進(jìn)行倫琴射線的光譜分析。 2. 如果X 射線的波長已知,可以用來測定晶體的晶格常數(shù),進(jìn)行晶體

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論