高中物理竞赛辅导参考资料之20.ppt

光栅方程 * 观察条件 光栅常数 由光栅方程 若 即 以至各级的衍射角太小，各级谱线距零级太近，仪器无法分辨，也观察不到衍射现象。 若 则 除 外，看不到任何衍射级。 对于可见光， 即刻线密度 高于2500条 mm 其最短波长为 4×10 - 4 mm 若光栅常数 d ＜4×10 - 4 mm 则观察不到衍射现象 即 得 情况下都能观察到衍射现象 并非取任何比值 的 * 缺级现象 * 光栅光谱 ※ 对同级明纹，波长较长的光波衍射角较大。 ※ 白光或复色光入射，高级次光谱会相互重叠。 * 光栅例一 * 光栅例二 而且第三级谱缺级 光栅常数 ( a + b ) a 的可能最小宽度 在上述条件下最多能看到多少条谱线 28° 600 n m 由第三级谱缺级判断 0.85×10 - 3(mm) 2.56×10 - 3(mm) 2×6×10 - 4 0.469 最大取 max 4.27 取整数4 0 1 2 （3） 4 1 2 （ 3） 4 （缺） （缺） 最多能看到 7 条谱线 * 光栅例三 * 第五节 20- 5 X ray diffraction * X射线衍射 1901年获首届诺贝尔 物理学奖 1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管的过程中，发现了一种穿透力很强的射线。 高压电源 金属靶 电子束 高能 由于未知这种射线的实质（或本性），将它称为 X 射线。 X 射 线 * 劳厄 1914年获诺贝尔物理学奖 X 射线发现17年后，于1912年，德国物理学家劳厄找到了 X 射线具有波动本性的最有力的实验证据： 发现并记录了 X 射线通过晶体时发生的衍射现象。 由此，X射线被证实是一种频率很高（波长很短）的电磁波。 在电磁波谱中，X射线的波长范围约为 0.005 nm 到 10 nm，相当 于可见光波长的 10万分之一 到 50 分之一 。 * 劳厄斑 劳厄的 X 射线衍射实验原理图 晶体中有规则排列的原子，可看作一个立体的光栅。原子的线度和间距大约为10 - 10 m 数量级，根据前述可见光的光栅衍射基本原理推断，只要 入射X 射线的波长与此数量级相当或更小些，就可能获得衍射现象。 衍射斑纹（劳 厄 斑） 晶体 X射线 （硫化铜） 记录干板 * 布喇格父子 1912年，英国物理学家布喇格父子提出 X射线在晶体上衍射的一种简明的理论解释 布喇格定律，又称布喇格条件。 1915年布喇格父子获诺贝尔物理学奖，小布喇格当年25岁，是历届诺贝尔奖最年轻的得主。 * 三维空间点阵 氯化钠晶体 氯离子 钠离子 Cl ＋ Na 晶体结构中的三维空间点阵 * 点阵的散射波 氯化钠晶体 氯离子 钠离子 Cl ＋ Na 晶体结构中的三维空间点阵 晶体中的 原子或离子 X 射 线 原子或离子中的电子在外场作用下做受迫振动。 晶体点阵中的每一阵点可看作一个新的波源，向外辐射与入射的 X 射线同频率的电磁波，称为散射波。 * 散射波干涉 X 射 线 原子或离子中的电子在外场作用下做受迫振动。 晶体点阵中的每一阵点可看作一个新的波源，向外辐射与入射的 X 射线同频率的电磁波，称为散射波。 X 射 线 晶体点阵的散射波可以相互干涉。 面中点阵 散射波干涉 面间点阵 散射波干涉 包括 和 * 零级衍射谱 入射角 掠射角 镜面反射方向 平面法线 入射 X射线 任一平面上的点阵 任一平面上的点阵散射波的干涉 干涉结果总是在镜面反射方向上出现最大光强 称为该平面的零级衍射谱 * 零级谱证明 入射角 掠射角 镜面反射方向 平面法线 入射 X射线 任一平面上的点阵 任一平面上的点阵散射波的干涉 干涉结果总是在镜面反射方向上出现最大光强 称为该平面的零级衍射谱 任一平面上的点阵 入射 X射线 平面法线 镜面反射方向 Z X Y 用图示法作简易证明 A A B B C C C D B B A A ； C C C C A A C C A D ， 光程相等 即光程差为零 干涉得最大光强 * 面间散射波干涉 面间点阵散射波的干涉 面1 面2 面3 … 作截面分析 * 布喇格定律 X射线 入射角 掠射角 求出相邻晶面距离为 d 的两反射光相长干涉条件 层间两反射光的光程差 面间点阵散射波的干涉 布喇格定律 相长干涉得亮点的条件 或布喇格条件 * 公式应用 根据晶体中原子有规则的排列，沿不同的方向，可划分出不同间距 d 的晶面。 对任何一种方向的晶面，只要满足布喇格公式，则在该晶面的反射方向上，将会发生散射光的相长干涉。 根据布喇格公式 若已知晶体