高中三年级物理《光栅衍射》

一、光栅的结构光栅：平行、等宽、等间距的多条狭缝(或反射面)构成的光学元件衍射光栅(透射光栅)反射光栅(闪耀光栅)从工作原理分:分类：光栅常数：a是透光部分的宽度——缝宽b是不透光部分的宽度光栅常数d的数量级约10-6米即每毫米内刻有几百条刻痕11.7光栅衍射ll每条单缝都产生同样的单缝衍射图样每条单缝都产生同样的单缝衍射图样缝与缝之间的子波干涉产生干涉条纹,各条纹的强度受单缝衍射条纹强度调制缝与缝之间的子波干涉产生干涉条纹,各条纹的强度受单缝衍射条纹强度调制缝数增多,缝间干涉明纹变细.缝数增多,缝间干涉明纹变细.缝数很多,缝间干涉形成一系列很细的干涉明纹,各明纹的极值受单缝衍射因素的调制.缝数很多,缝间干涉形成一系列很细的干涉明纹,各明纹的极值受单缝衍射因素的调制.二、光栅衍射条纹的形成

光柵衍射包含单缝衍射和缝间子波相互干涉两种因素光柵衍射包含单缝衍射和缝间子波相互干涉两种因素qqllaabbffPPOOqqqq为相邻缝间各对应子波沿方向的光程差为相邻缝间各对应子波沿方向的光程差明纹条件明纹条件（、、…）三、光栅方程——光栅衍射的明纹公式四、谱线的缺级则缺级则缺级如只考虑单缝衍射强度分布只考虑双缝干涉强度分布双缝光栅强度分布例1

实验室现有每毫米刻有300条刻痕的光栅，用钠光灯（589.3nm）作光源，光线垂直入射光栅，在分光计望远镜中总共可以观察到7条明纹，试求：（1）该光栅的光栅常数是多少？（2）第几级缺级？（3）狭缝宽度是多少？解：（1）每毫米刻有300条刻痕，所以光栅常数mm=3.33×10-6m

（2）由光栅方程得

可见当=1时，取到最大值，所以

只能取整数，故=5，

如果不考虑缺级，应该可以观察到2+1=11条明纹

实际上只看到7条，少了4条。可以判定是第二级、第四级（k=±2，±4）缺级。

（3）mm=1.67×10-6m

一平面透射光栅，在1mm内刻有500条刻痕。现用λ=0.59×10-3mm钠光谱观察。求(1)光线垂直入射时,最多能看到第几级光谱？(2)光线以300角入射时，最多能看到哪几条光谱?例2（1）光栅常数为解：(2)光线斜入射，相邻两光线的光程差为斜入射时的光栅方程为取整，即垂直入射时，最多能看到第三级光谱取整，最多能看到第五级光谱取整，只能看到第一级光谱即共可看到-1,0,1,2,3,4,5七条光谱衍射线和入射线异侧时l]sin)[sin(max003090+-=dk衍射线和入射线同侧时迈克尔逊在工作迈克尔逊（A.A.Michelson）

因创造精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，获1907年诺贝尔物理学奖。美籍德国人11.4迈克尔逊干涉仪d2.工作原理光束和发生干涉调整和后面的调节螺钉，即可观察到波膜干涉的各种情况。1.干涉仪结构动态演示若M1、M

2

有小夹角若M1平移

d时，干涉条纹移过N条，则有当M1和M'2不平行，且光平行入射,此时为等厚条纹若M

1、M2平行等倾条纹3.条纹特点5.应用微小位移测量测折射率测波长设计精巧，两束相干光完全分开，可以方便的改变任一光路的光程。4.迈克耳孙干涉仪优点一、光的衍射1.光的衍射现象光的衍射：光在传播过程中绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象。说明：衍射现象是否明显取决于障碍物线度与波长的对比，波长越大，障碍物越小，衍射越明显。11.5光的衍射惠更斯-菲涅耳原理（1）菲涅耳（Fresnel）衍射—近场衍射（2）夫琅禾费（Fraunhofer）衍射—远场衍射L和D中至少有一个是有限值。L和D皆为无限大（也可用透镜实现）。光源障碍物观察屏SPDLB*2.光的两类衍射菲涅耳补充：从同一波阵面上各点发出的子波是相干波。

——1818年惠更斯：光波阵面上每一点都可以看作新的子波源，以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵面。

——1690年惠更斯解释不了光强明暗分布！

二.惠更斯-菲涅尔原理同一波前上的各点发