衍射光栅大学物理.ppt

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1、一一 光栅光栅 等宽度等宽度、等距离等距离的狭缝排列起来的光学元件的狭缝排列起来的光学元件.衍射角衍射角二二 光栅衍射条纹的形成光栅衍射条纹的形成光栅常数：光栅常数：光栅常数光栅常数衍射角衍射角b：透光部分的宽度：透光部分的宽度b：不透光部分的宽度：不透光部分的宽度明纹位置明纹位置相邻两缝间的光程差：相邻两缝间的光程差：光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果讨讨 论论 光强分布光强分布 条纹最高级数条纹最高级数 光栅中狭缝条数越多，明纹越细光栅中狭缝条数越多，明纹越细.(a)1条缝条缝(f)20条缝条缝(e)6条缝条缝(c)3条缝条缝(b)2条缝条缝(d)5条缝条

2、缝一定，一定，减少，减少，增大增大一定，一定，增大，增大，增大增大光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远越远.入射光波长越大，明纹间相隔越远入射光波长越大，明纹间相隔越远.入射光为入射光为白光白光时，形成时，形成彩色光谱彩色光谱.三三 衍射光谱衍射光谱一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱例如例如二级光谱重叠部分光谱范围二级光谱重叠部分光谱范围二级光谱重叠部分二级光谱重叠部分：连续光谱：炽热物体光谱连续光谱：炽热物体光谱线状光谱：放电管中气体放电线状光谱：放电管中气体放电带状光谱：分子光谱带状光谱：分子光谱衍射光谱分类衍射光谱分类光谱分析光谱分析由于

3、不同元素（或化合物）各有自己特由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发定的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量强度定量分析出元素的含量.例例1 用白光垂直照射在每厘米有用白光垂直照射在每厘米有6500条刻条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角.解解红光红光紫光紫光 不可见不可见第第三三级光谱的级光谱的张角张角第三级光谱所能出现的最大波长第三级光谱所能出现的最大波长绿光绿光 1885 1885年年伦琴伦琴发现，受高速电子撞击的金属发现

4、，受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性很强的射线称会发射一种穿透性很强的射线称射线射线.X 射线射线冷却水冷却水三三 X 射线的衍射射线的衍射劳劳 厄厄 斑斑 点点铅板铅板单晶片单晶片 照照像像底底片片 单晶片的衍射单晶片的衍射19121912年劳厄实验年劳厄实验 1913年英国年英国布拉格父子布拉格父子提出了一种解释提出了一种解释射线衍射的方法，给出了定量结果，并于射线衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物理学诺贝尔奖年荣获物理学诺贝尔奖.布布 拉拉 格格 反反 射射入射波入射波散射波散射波掠射角掠射角晶格常数晶格常数 相邻两个晶面相邻两个晶面反射的两反射的两X射线干射线干涉涉加强的条件加强的条件 布拉格公式布拉格公式布布 拉拉 格格 反反 射射入射波入射波散射波散射波 用途用途 测量射线的波长研究测量射线的波长研究X射线谱，射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能步研究材料性能.例如对大分子例如对大分子 DNA DNA 晶体的晶体的成千张的成千张的X射线衍射照片的分析，显示出射线衍射照片的分析，显示出DNADNA分子的分子的双螺旋双螺旋结构结构.布拉格公式布拉格公式DNA 晶体的晶体的X衍射照片衍射照片DNA 分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构