2021-2022学年高二物理竞赛课件：光栅衍射 .pptx

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1、光栅衍射1 条条 缝缝20 条条 缝缝3 条条 缝缝5 条条 缝缝光栅光栅：由大量的等宽等间距的平行狭缝：由大量的等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件。构成的光学元件。例例 宽度为宽度为a0.6mm的狭缝后放置一焦距为的狭缝后放置一焦距为f40cm的凸透镜，若以单色平行光垂直入射，则在的凸透镜，若以单色平行光垂直入射，则在距中央明纹距中央明纹1.6mm处观察到红色明条纹，求（处观察到红色明条纹，求（1）单色光波长；（单色光波长；（2）中央明纹宽度；（）中央明纹宽度；（3）第二级）第二级明纹对应的衍射角。明纹对应的衍射角。在在1.6mm处出现的是处出现的是红光红光的第的第3级明纹。级明纹。例例 宽

2、度为宽度为a0.6mm的狭缝后放置一焦距为的狭缝后放置一焦距为f40cm的凸透镜，若以单色平行光垂直入射，则在的凸透镜，若以单色平行光垂直入射，则在距中央明纹距中央明纹1.6mm处观察到红色明条纹，求（处观察到红色明条纹，求（1）单色光波长；（单色光波长；（2）中央明纹宽度；（）中央明纹宽度；（3）第二级）第二级明纹对应的衍射角。明纹对应的衍射角。例例 在宽度为在宽度为a0.6mm的狭缝后放置一焦距为的狭缝后放置一焦距为f80cm的凸透镜，若以的凸透镜，若以6000A的单色平行光入的单色平行光入射，求（射，求（1）入射光垂直入射时，中央明纹宽度及）入射光垂直入射时，中央明纹宽度及一级明纹位置；

3、（一级明纹位置；（2）入射光以）入射光以300角从下向上入角从下向上入射时的光程差公式及中央明纹位置。射时的光程差公式及中央明纹位置。求求雷达监视范围内公路的长度雷达监视范围内公路的长度L。【例例】已知：已知：一波长为一波长为 =30mm的雷达在距离路边为的雷达在距离路边为雷达射束与公路成雷达射束与公路成15 角，角，天线宽度天线宽度a=0.20m。d=15m处，处，如图示：如图示：adL15 公路公路解：解：将雷达波束看成是单缝衍射的将雷达波束看成是单缝衍射的 0 级明纹级明纹解：解：将雷达波束看成是单缝衍射的将雷达波束看成是单缝衍射的 0 级明纹级明纹由由有有如图如图dL15 a公路公路1

4、 所以所以作业：练习十五作业：练习十五光栅光栅（grating）光栅光栅是由大量的等宽等间距的平行狭缝是由大量的等宽等间距的平行狭缝 从从广广义义上上理理解解，任任何何具具有有空空间间周周期期性性的的衍射屏，都可叫作光栅。衍射屏，都可叫作光栅。（或反射面）构成的光学元件。（或反射面）构成的光学元件。光栅是现代科技中常用的重要光学元件。光栅是现代科技中常用的重要光学元件。光通过光栅衍射可以产生光通过光栅衍射可以产生明亮尖锐明亮尖锐的亮纹，的亮纹，复色光入射可产生复色光入射可产生光谱，光谱，用以进行光谱分析。用以进行光谱分析。光栅的概念光栅的概念a 透光（或反光）部分的宽度透光（或反光）部分的宽度

5、光栅常数光栅常数用电子束刻制可达数万条用电子束刻制可达数万条/mm（d 10-1 m）。反射光栅反射光栅d透射光栅透射光栅光栅的种类：光栅的种类：d(空间周期性的表示空间周期性的表示)b 不透光不透光（或不反光）部分的宽度（或不反光）部分的宽度普通光栅刻线为数十条普通光栅刻线为数十条/mm 数千条数千条/mm，d=a+b二、光栅衍射公式：二、光栅衍射公式：(1)光栅方程：光栅方程：光栅衍射原理：光栅衍射原理：在单缝衍射基础上，各缝之间产生干涉的总效应在单缝衍射基础上，各缝之间产生干涉的总效应复习振动合成复习振动合成光栅衍射是光栅衍射是N个相位依次相差个相位依次相差的光振动的叠加的光振动的叠加(

6、2)谱线缺级：谱线缺级：缺级条件：缺级条件：单缝衍射和多缝衍射干涉的对比单缝衍射和多缝衍射干涉的对比（d=10a）19个明条纹个明条纹缺级缺级缺级缺级单单缝缝多多缝缝光栅衍射图象特点：光栅衍射图象特点：(1)各级主极大条纹分布在单缝衍射条纹分布的包各级主极大条纹分布在单缝衍射条纹分布的包 络线内；络线内；(2)主极大一般有缺级现象：主极大一般有缺级现象：(3)主极大明纹细锐、明亮、稀疏主极大明纹细锐、明亮、稀疏四、白光衍射光谱：四、白光衍射光谱：中央白光，两侧对称是彩色条纹，中央白光，两侧对称是彩色条纹，谱线按波长谱线按波长排列排列(内紫外红内紫外红)，有些级次光谱有部分重叠。，有些级次光谱有部分重叠。光栅光谱光栅光谱由光强分布分析可知：由光强分布分析可知：