光的衍射干涉习题ppt课件

1、5 X5 X射线的衍射射线的衍射一一. X . X 射线的产生射线的产生18951895年，伦琴年，伦琴X射线射线准直缝准直缝晶体晶体劳厄斑劳厄斑证明了证明了X X射线的动摇性射线的动摇性劳厄劳厄LaueLaue实验实验19121912-KAX射线射线X X射线管射线管+ : 10-1 : 10-110-10-2nm2nm第一届诺贝尔物理奖第一届诺贝尔物理奖19011901原子内壳层电子跃迁产原子内壳层电子跃迁产生的一种辐射和高速电生的一种辐射和高速电子子在靶上骤然减速时伴随在靶上骤然减速时伴随的辐射，称为的辐射，称为X 射线。射线。 在电磁场中不发生偏转在电磁场中不发生偏转 穿透力强穿透力强

2、劳厄获劳厄获19141914年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。 d12晶面晶面ACB二二. X. X射线在晶体上的衍射射线在晶体上的衍射: : 掠射角掠射角d : d : 晶面间距晶面间距 ( (晶格常数晶格常数每个原子都是散射子波的子波源每个原子都是散射子波的子波源dsin散射光干涉加强条件：散射光干涉加强条件：), 2 , 1(sin2kkd布喇格公式方程布喇格公式方程BraggBragg父子获父子获19151915年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。三三. . 运用运用在医学和分子生物学领域也不断有新的突破。在医学和分子生物学领域也不断有新的突破。19531953年英国的威尔金斯、沃森和克里克

3、利用年英国的威尔金斯、沃森和克里克利用X X 射线的构射线的构造分析得到了遗传基因脱氧核糖核酸造分析得到了遗传基因脱氧核糖核酸DNA) DNA) 的双螺的双螺旋构造，荣获了旋构造，荣获了1962 1962 年度诺贝尔生物和医学奖。年度诺贝尔生物和医学奖。19241924年，年， 西格班研讨伦琴射线光谱学西格班研讨伦琴射线光谱学 获诺贝尔物理奖。获诺贝尔物理奖。19171917年，巴克拉发现元素的标识伦琴辐射年，巴克拉发现元素的标识伦琴辐射 获诺贝尔物理奖。获诺贝尔物理奖。 知知 、 可测可测d Xd X射线晶体构造分析。射线晶体构造分析。 知知 、d d可测可测 X X射线光谱分析。射线光谱分

4、析。19271927年，年， Compton Compton 康普顿散射实验，康普顿散射实验， 获诺贝尔物理奖。获诺贝尔物理奖。7 7个个NobelNobel1 1、 光的相关性光的相关性: : 光源、相关光的光源、相关光的获得获得2 2、 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 3 3、 光程光程4 4 、 薄膜干涉薄膜干涉 等倾条纹等倾条纹dDx 条纹特点条纹特点光程差光程差 : :)(2211nrnrp2k2) 12(k明纹：明纹：暗纹：暗纹：2sin222122inne光光的的干干涉涉Dxdrr125 5、 薄膜干涉薄膜干涉 等厚条纹等厚条纹1 1劈尖干涉劈尖干涉 ekek+1明纹明纹暗纹暗纹 光程

5、差光程差 明纹：明纹：1,2,3,= ,22kkne 暗纹：暗纹：0,1,2,= ,2) 1 2(22k kne22 ne 相邻明相邻明(暗暗)纹高度差纹高度差22ne 相邻明相邻明(暗暗)纹之间间隔纹之间间隔2 sin2lnn2 2 牛顿环牛顿环 erR平晶平晶平凸透镜平凸透镜 暗环暗环 o 光程差：光程差：22 eR eeRRr2)(222Rre22 kRr2222kRrk 明环：明环： 暗环：暗环：2) 12(22ke2) 12(Rkr 条纹特点：条纹特点：r =0 暗环，暗环，r 越大条纹越密，越大条纹越密，透射条纹与反射条纹互补透射条纹与反射条纹互补M12211S半透半反膜半透半反膜

6、M2M1G1G2E6 6、 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪 等倾条纹、等厚条纹等倾条纹、等厚条纹2Nd光光的的衍衍射射1 1、 光的衍射光的衍射 惠更斯惠更斯菲涅耳原菲涅耳原理理菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射2 2、 单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射半波带法半波带法，2 , 122sin kka 暗纹暗纹:，2 , 1 2) 1 2(sin kka 明纹明纹(中心中心)：0sin a 中央明纹中央明纹(中心中心)： sina中央明纹区中央明纹区: :半角宽度：半角宽度：a线宽度线宽度: :02tan2xffa3 3、 光学仪器的分辨身手光学仪器的分辨身手圆孔的夫琅禾费衍射圆

7、孔的夫琅禾费衍射ID*S1S20 最小分辨角最小分辨角D22. 11 分辨身手分辨身手22. 11DR4 4、 光栅衍射光栅衍射)1,2 ( sinkkd 光栅方程光栅方程单缝衍射和多缝干涉的共同结果单缝衍射和多缝干涉的共同结果相邻主极大间有相邻主极大间有N N1 1个暗纹和个暗纹和N N2 2个次极大。个次极大。 2 , 1 , 0sinkkd，衍射暗纹位置：衍射暗纹位置：2 , 1 sinkka，干涉明纹缺级级次：干涉明纹缺级级次： kadk干涉明纹位置：干涉明纹位置： 缺级景象缺级景象 d /a 为整数光阴栅衍射主极大出现缺级景象为整数光阴栅衍射主极大出现缺级景象 光线斜入射时的光栅方程

8、光线斜入射时的光栅方程kid)sin(sin5 5、 X X 射线衍射射线衍射), 2 , 1(sin2kkd布喇格公式布喇格公式1.在双缝干涉实验中，入射光的波长为在双缝干涉实验中，入射光的波长为，用玻，用玻璃纸遮住双缝中的一个缝，假设玻璃纸中光程比璃纸遮住双缝中的一个缝，假设玻璃纸中光程比一样厚度的空气的光程大一样厚度的空气的光程大2.5 ，那么屏上原来，那么屏上原来的明纹处：的明纹处：A仍为明纹；仍为明纹；B变为暗纹；变为暗纹；C即非明纹也非暗纹；即非明纹也非暗纹；D无法确定。无法确定。B2.如图，用单色光垂直照射在如图，用单色光垂直照射在察看牛顿环的安装上，当平凸察看牛顿环的安装上，当

9、平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离透镜垂直向上缓慢平移而远离平面玻璃时，可以察看到这些平面玻璃时，可以察看到这些环状干涉条纹：环状干涉条纹：A向右平移；向右平移；B向中心收缩；向中心收缩；C向外扩张；向外扩张；D静止不动；静止不动；E向左平移向左平移B单色光单色光空气空气3. 一束波长为一束波长为的单色光由空气垂直入射到的单色光由空气垂直入射到折射率为折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，那么空气中，要使反射光得到干涉加强，那么薄膜最小的厚度为：薄膜最小的厚度为： (A) / 4 (B) / (4n) (C) / 2 (D) / (2n)

10、(B)4. 在双缝干涉实验中，单色光源在双缝干涉实验中，单色光源S0到两缝到两缝S1和和S2的间隔分别为的间隔分别为l1和和l2，并且，并且l1l23，为入射光的波长，双缝之间的间隔为为入射光的波长，双缝之间的间隔为d，双，双缝到屏幕的间隔为缝到屏幕的间隔为D(Dd)，如图求：，如图求： (1) 零级明纹到屏幕中央零级明纹到屏幕中央O点的间隔点的间隔 (2) 相邻明条纹间的间隔相邻明条纹间的间隔 屏 d S2 S1 l1 S0 l2 O D 解：解： (1) 如图，设如图，设P0为零级明纹中心为零级明纹中心 ，那么，那么 DOPdrr/012 屏 d S2 S1 l1 S0 l2 O D (l

11、2 +r2) - (l1 +r1) = 0 r2 r1 = l1 l2 = 3 dDdrrDOP/3/120 (2) 在屏上距在屏上距O点为点为x处处, 光程差光程差3)/(Ddx明纹条件明纹条件 kdDkxk/3相邻明条纹间距相邻明条纹间距 dDxxxkk/1P05. 在迈克耳逊干涉仪的一支光路在迈克耳逊干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为中，放入一片折射率为n的透明的透明介质薄膜后，测出两束光的光程介质薄膜后，测出两束光的光程差的改动量为一个波长差的改动量为一个波长 ，那么，那么薄膜的厚度是薄膜的厚度是 (A) / 2 (B) / (2n) (C) / n (D) 12nD6.6.在双缝衍

12、射实验中，假设坚持双缝在双缝衍射实验中，假设坚持双缝S1S1和和S2S2的中心的中心之间的间隔之间的间隔d d 不变，而把两条缝的宽度不变，而把两条缝的宽度 a a 略微加略微加宽，那么：宽，那么： (A) (A) 单缝衍射的中央主极大变宽，单缝衍射的中央主极大变宽， 其中所包含的干涉条纹数目变少其中所包含的干涉条纹数目变少 (B) (B) 单缝衍射的中央主极大变宽，单缝衍射的中央主极大变宽， 其中所包含的干涉条纹数目变多其中所包含的干涉条纹数目变多 (C) (C) 单缝衍射的中央主极大变宽，单缝衍射的中央主极大变宽， 其中所包含的干涉条纹数目不变其中所包含的干涉条纹数目不变 (D) (D)

13、单缝衍射的中央主极大变窄，单缝衍射的中央主极大变窄， 其中所包含的干涉条纹数目变少其中所包含的干涉条纹数目变少 (E) (E) 单缝衍射的中央主极大变窄，单缝衍射的中央主极大变窄， 其中所包含的干涉条纹数目变多其中所包含的干涉条纹数目变多D 7. 对某一定波长的垂直入射光，衍射光栅的对某一定波长的垂直入射光，衍射光栅的屏幕上只能出现零级和一级主极大，欲使屏幕屏幕上只能出现零级和一级主极大，欲使屏幕上出现更高级次的主极大，应该上出现更高级次的主极大，应该 (A) 换一个光栅常数较小的光栅换一个光栅常数较小的光栅 (B) 换一个光栅常数较大的光栅换一个光栅常数较大的光栅 (C) 将光栅向接近屏幕的

14、方向挪动将光栅向接近屏幕的方向挪动 (D) 将光栅向远离屏幕的方向挪动将光栅向远离屏幕的方向挪动 B8.8.在如下图的单缝夫琅禾费衍射安装表示图中，在如下图的单缝夫琅禾费衍射安装表示图中，用波长为用波长为的单色光垂直入射在单缝上，假设的单色光垂直入射在单缝上，假设P P点是衍射条纹中的中央明纹旁第二个暗条纹点是衍射条纹中的中央明纹旁第二个暗条纹的中心，那么由单缝边缘的的中心，那么由单缝边缘的A A、B B 两点分别到两点分别到达达P P点的衍射光线光程差是点的衍射光线光程差是_ L C f P A B aAnswer：29.双缝干涉实验中，双缝与屏的双缝干涉实验中，双缝与屏的间隔间隔D120c

15、m，两缝之间的间，两缝之间的间隔隔d0.50mm，用波长，用波长500nm的单色光垂直照射双缝，的单色光垂直照射双缝，S1S2Ox求：求：1原点原点0零级明条纹上方的第五条明纹零级明条纹上方的第五条明纹的坐标；的坐标； 2假设用厚度假设用厚度l0.01mm，折射率，折射率n1.58的透明薄膜覆盖在途中的透明薄膜覆盖在途中S1缝的后面，求上述第五级缝的后面，求上述第五级明纹的坐标。明纹的坐标。习题指点书习题指点书Page141，14 10. 一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长的光，束有两种波长的光，1=440 nm，2=660 nm 。实验发现，

16、两种波长的谱线实验发现，两种波长的谱线(不计中央明纹不计中央明纹)第二第二次重合于衍射角次重合于衍射角=60的方向上求此光栅的的方向上求此光栅的光栅常数光栅常数d由光栅衍射主极大公式得由光栅衍射主极大公式得解：解：111sinkd222sinkd212122112132660440sinsinkkkkkk当两谱线重合时有当两谱线重合时有 1= 2 69462321kk两谱线第二次重合即是两谱线第二次重合即是 4621kk 所以：k1=6，k2=4 由光栅公式可知：由光栅公式可知：d sin60=6160sin61d=3.0510-3 mm 11.某元素的特征光谱中含有波长分别为某元素的特征光谱

17、中含有波长分别为1450 nm和和2750 nm (1 nm10-9 m)的光的光谱线在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重谱线在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠景象，重叠处叠景象，重叠处2的谱线的级数将是的谱线的级数将是 (A) 2 ，3 ，4 ，5 (B) 2 ，5 ，8 ，11 (C) 2 ，4 ，6 ，8 (D) 3 ，6 ，9 ，12 D12.12.用每毫米有用每毫米有300300条刻痕的衍射光栅来检验仅条刻痕的衍射光栅来检验仅含有属于红和蓝的两种单色成分的光谱。知红含有属于红和蓝的两种单色成分的光谱。知红谱线波长谱线波长 R R 在在0.630.630.760.76m m 范围内，蓝

18、谱范围内，蓝谱线波长线波长 B B 在在0.430.430.49 0.49 m m 范围内。当光垂范围内。当光垂直入射到光栅时，发如今直入射到光栅时，发如今24.4624.46 角度处，红蓝角度处，红蓝两谱线同时出现。两谱线同时出现。(1)在什么角度下红蓝两谱线再次同时出现？(2)在什么角度下只需红谱线出现？习题指点书13题解：解：m;76. 063. 0 R对于红光，对于红光，对于蓝光，对于蓝光，红光最大级次红光最大级次8 .4maxRbak取取4maxkm49. 043. 0 B33.3mm3001 bammmmsin24.46abkk 1.38mm1.38mm 2 kR 0.69mmR 0.69mm 3 kB0.46 mmB0.46 mm红光的第红光的第 4 4 级与蓝光的第级与蓝光的第 6 6 级还会重合级还会重合. .重合处的重合处的衍射角衍射角 满足满足828.04sinbaR9 .55(2)红光的第二、四级与蓝光重合，且最多只能看到四级，所以纯红光谱的第一、三单独出现.9 .11 207.0sin11baR4 .38 621.03sin33baR13.用波长为用波长为1的单色光照射空气劈形膜，从反的单色光照射空气劈形膜，从反射光干涉条纹中察看到劈形膜安装射光干涉条纹中察看到劈形膜安装A点处是暗点处是暗条纹。假设延续改动入射光