大學(xué)物理2教學(xué)課件-14

同學(xué)們好！0123456789實(shí)驗(yàn)值維恩線瑞利--金斯線紫外災(zāi)難§14.3光的夫瑯和費(fèi)衍射（續(xù)）三.單縫夫瑯和費(fèi)衍射四.圓孔夫瑯和費(fèi)衍射五.光柵夫瑯和費(fèi)衍射六.晶體衍射（X光衍射）

1895年11月8日德國(guó)物理學(xué)家倫琴在陰極射線實(shí)驗(yàn)中，偶然發(fā)現(xiàn)附近桌上的熒光屏上發(fā)出了光，倫琴用一張黑紙擋住管子，熒光仍存在，而用一片金屬板就擋住了，他稱這種射線為X射線。倫琴（1845——1923）

1895年12月28日：發(fā)表《關(guān)于一種新射線》，引起轟動(dòng)，影響深遠(yuǎn)。

1895年12月22日：倫琴拍攝歷史上第一張X射線照片----他夫人手的照片（現(xiàn)在保存在慕尼黑德國(guó)國(guó)家博物館）。X射線特點(diǎn)：不帶電，穿透本領(lǐng)強(qiáng)。許多科學(xué)家（史密斯、克魯克斯、湯姆孫……）都遇到過(guò)類似情況，但放過(guò)機(jī)遇。在醫(yī)學(xué)、工業(yè)技術(shù)中廣泛應(yīng)用。(在消息傳到美國(guó)的第四天，就成功用于為傷員取出腿里的子彈)導(dǎo)致放射性發(fā)現(xiàn)（為探尋X射線的產(chǎn)生，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性并榮獲1903年諾貝爾物理獎(jiǎng)）。打開(kāi)晶體結(jié)構(gòu)研究的大門(mén)?！捎赬射線的發(fā)現(xiàn)具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值，倫琴于1901年獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。X

射線的本質(zhì)是什么？－－科學(xué)史上的一場(chǎng)激烈爭(zhēng)論。1912年，德國(guó)慕尼黑大學(xué)物理學(xué)講師勞厄（1879-1960）完成判決性實(shí)驗(yàn)：用晶體作天然光柵進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)。X射線管鉛板閃鋅礦晶體底片勞厄斑晶體：三維結(jié)構(gòu)空間立體光柵曝光數(shù)小時(shí)一箭雙雕：既證明了X射線的波動(dòng)性，又肯定了晶體空間點(diǎn)陣?yán)碚?，榮獲1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。X

射線本質(zhì)：原子內(nèi)層電子躍遷或加速器中電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁波。（10-3~1nm）晶體點(diǎn)陣其尺度可與X射線波長(zhǎng)相比擬尋求勞厄?qū)嶒?yàn)的理論解釋：英國(guó)物理學(xué)家亨利.布拉格（1862－1942），勞倫斯.布拉格（1890－1971）父子獲1915年諾貝爾物理獎(jiǎng)。布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)對(duì)倫琴射線衍射的研究：d晶格常數(shù)(晶面間距)θ掠射角光程差:干涉加強(qiáng)條件（布拉格公式）：AθθO...C.Bdθ符合上述條件時(shí)，各層晶面的反射線干涉后將相互加強(qiáng)。X射線衍射應(yīng)用：1.如果晶格常數(shù)已知，可以用來(lái)測(cè)定X射線的波長(zhǎng)，進(jìn)行倫琴射線的光譜分析。2.如果X射線的波長(zhǎng)已知，可以用來(lái)測(cè)定晶體的晶格常數(shù)，進(jìn)行晶體的結(jié)構(gòu)分析。3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)—分子生物學(xué)誕生。克里克，沃森：1953年發(fā)現(xiàn)ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)，獲1962年諾貝爾生理學(xué)、醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)第四篇振動(dòng)與波動(dòng)小結(jié)一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)：第12章：簡(jiǎn)諧振動(dòng)特征量,運(yùn)動(dòng)方程,能量,同一直線上、同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成，第13章：平面簡(jiǎn)諧行波,特征量波函數(shù)，能流密度,多普勒效應(yīng)波的干涉，駐波第14章：光程，光的干涉（楊氏雙縫，薄膜等厚干涉）光的衍射（單縫、光柵夫瑯和費(fèi)衍射）光的偏振（起偏、檢偏、馬呂斯定律、布儒斯特定律）1.簡(jiǎn)諧振動(dòng)初相位的求解（解析法、旋轉(zhuǎn)矢量法）二、重難點(diǎn)說(shuō)明解析法：旋轉(zhuǎn)矢量法：AxPt0

uoAtPt0To振動(dòng)曲線和波形曲線空間、時(shí)間上的周期性沿波傳播方向的滯后效應(yīng)注意參考點(diǎn)振動(dòng)方程波動(dòng)方程（以原點(diǎn)為參考點(diǎn)）2.平面簡(jiǎn)諧行波的理解及波函數(shù)的求解(1)

x:離參考點(diǎn)的距離比參考點(diǎn)相位滯后“-”比參考點(diǎn)相位超前“+”(2)注意：3.波的干涉與駐波波的相干條件，干涉相長(zhǎng)與相消位置的計(jì)算；駐波的形成條件，駐波特點(diǎn)：特別是相位分布；與駐波相關(guān)的計(jì)算：常見(jiàn)的情況為已知入射波方程，求反射波方程，及兩波疊加形成駐波后的波節(jié)或波腹位置。注意半波損失：4.能量問(wèn)題孤立系統(tǒng)，機(jī)械能守恒非孤立系統(tǒng)，dE不守恒質(zhì)點(diǎn)諧振動(dòng)能量介質(zhì)元波動(dòng)能量孤立諧振系統(tǒng)（以平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)和勢(shì)能零點(diǎn)）波的強(qiáng)度—能流密度駐波的能量特征：不向前傳播能量，在波腹、波節(jié)附近周期性轉(zhuǎn)移。5.光的干涉和衍射干涉：有限個(gè)分立的相干波的疊加核心問(wèn)題：光程差（相位差）的計(jì)算用于具體問(wèn)題得出不同計(jì)算式，弄清道理、掌握特點(diǎn)典型裝置：楊氏雙縫、劈尖、牛頓環(huán)衍射：無(wú)限個(gè)連續(xù)子波相干疊加重點(diǎn)掌握：?jiǎn)慰p衍射（半波帶法、振幅矢量疊加法）；光柵衍射（光柵公式、缺極、復(fù)合光入射）裝置屏單縫雙縫d光程差明暗紋條件明

暗條紋特征平行于縫的等亮度、等間距、明暗相間條紋條紋變化平行于棱邊，明暗相間條紋，棱邊為暗紋以接觸點(diǎn)為中心的明暗相間的同心圓環(huán)，條紋內(nèi)疏外密干涉裝置：明

暗邁克爾孫干涉儀等傾干涉等厚干涉單縫夫朗和費(fèi)衍射（半波帶概念）0中央明紋平行光垂直入射I屏幕平行光非垂直入射光柵夫朗和費(fèi)衍射光柵衍射是N縫干涉和N個(gè)單縫衍射的總效果光柵常數(shù)d光柵公式缺級(jí)最高級(jí)次僅適用于平行光垂直入射的情況，非垂直入射需根據(jù)光程差公式分析白光入射中央零級(jí)主明紋為白色，其余各級(jí)為彩色光譜，高級(jí)次重疊；要能夠計(jì)算復(fù)色光入射光譜的重疊問(wèn)題。光學(xué)儀器分辨率例.

已知：求：1.中央主極大位置2.屏中心F處條紋級(jí)次3.屏上可見(jiàn)到哪幾級(jí)主明紋？解：由1.中央主極大3.考慮缺級(jí)：屏上級(jí)次：共6條主明紋（k=-5級(jí)缺級(jí)）2.屏中心F處通知下周二交作業(yè)No.5

下周四半期考試No.6光的偏振一、選擇題1、B；2、C；3、B；4、B；5、D;6、C二、填空題1、平行；

2、，3、4、35.5o；5、

355nm，396nm

6、三、計(jì)算題1、2、3、略一、5.因全反射臨界角為45°，所以布儒斯特角滿足可得一、6.ABCD

光線入射：沿非光軸方向入射；入射光在主截面內(nèi)；o光和e光傳播方向不同光振動(dòng)方向互相垂直。二、3.二、6.No.4光的干涉一、選擇題1、B；2、C；3、D；4、C；5、B;6、A二、填空題1、；

2、，1.33

；3、，

4、113nm

；5、6、

539.1nm三、計(jì)算題1、（1）（2）（3）斜入射不影響條紋間距，所以條紋間距不變。

2、（1）（2）明紋

（3）共有三條明紋，三條暗紋

3、（1）（2）在OA范圍內(nèi)可觀察到50個(gè)明紋

3

一、4.雙縫干涉條紋間距只與D、d有關(guān)，與光程的改變無(wú)關(guān)劈尖b插入，使光線2的光程大于光線1的光程，零級(jí)明紋向下移動(dòng)。b緩慢地向上移動(dòng)，使光線2的光程更增大，干涉條紋繼續(xù)向下移動(dòng)。一、5.平凸透鏡向上平移，空氣薄膜厚度增加，原來(lái)級(jí)次(k一定)的干涉條紋向中心收縮，環(huán)心處原為暗點(diǎn)(e＝0)，隨著透鏡向上平移，e增大，環(huán)心呈明暗交替變化。一、6.設(shè)這條光路原來(lái)光程為2r。放入透明薄片后，光程改變?yōu)?(r-d+nd)所以這條光路的光程改變了2(n-1)d。反射光干涉加強(qiáng)，光程差取k＝1，則(nm)二、1.二、4.(1)設(shè)兩縫間距離為d，明紋坐標(biāo)由題意，k＝5，所以有(2)共經(jīng)過(guò)20個(gè)條紋間距，即

(3)斜入射不影響條紋間距，所以條紋間距不變。三、1.三、2.(1)暗紋條件,第四條暗紋對(duì)應(yīng)k＝3(2)A處為明紋(第三級(jí)明紋)從棱邊到A處，共有三條明紋，三條暗紋(3)經(jīng)典物理經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典電磁學(xué)（含經(jīng)典光學(xué)）熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理19世紀(jì)末，經(jīng)典物理達(dá)到全盛的“黃金時(shí)代”兩朵烏云：1.邁克爾孫-莫雷實(shí)驗(yàn)的“零結(jié)果”2.黑體輻射的“紫外災(zāi)難”相對(duì)論的產(chǎn)生量子論的產(chǎn)生一個(gè)人要是對(duì)量子物理學(xué)不曾感到震驚，他就根本沒(méi)有理解它.

－尼爾斯.玻爾（丹麥.1885－1962）了解基本的理論和思維方法第五篇量子現(xiàn)象和量子規(guī)律量子力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史量子力學(xué)是在舊量子論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。舊量子論包括普朗克的能量子假說(shuō)、愛(ài)因斯坦的光量子理論和玻爾的氫原子理論。

1900年，普朗克提出能量子假說(shuō)，假定電磁場(chǎng)和物質(zhì)交換能量是以間斷的形式（能量子）實(shí)現(xiàn)的，能量子的大小同輻射頻率成正比，比例常數(shù)稱為普朗克常數(shù)，從而成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象。

1905年，愛(ài)因斯坦引進(jìn)光量子（光子）的概念，成功地解釋了光電效應(yīng)，后又被其它實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

1913年，玻爾提出了關(guān)于原子模型的三條假設(shè)，成功的解釋了氫原子光譜。

1923年，德布羅意（法）提出波粒二象性的假說(shuō)，不久就為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

1925年，海森伯從可觀察的輻射頻率和強(qiáng)度出發(fā)，和玻恩、約爾丹一起建立起矩陣量子力學(xué)。

1926年，薛定諤基于量子性是微觀體系波動(dòng)性的反映這一認(rèn)識(shí)，得到了微觀體系的運(yùn)動(dòng)方程，建立起波動(dòng)量子力學(xué)。其后不久還證明了波動(dòng)量子力學(xué)和矩陣量子力學(xué)的數(shù)學(xué)等價(jià)性；狄拉克和約爾丹各自獨(dú)立地發(fā)展了一種普遍的變換理論，給出量子力學(xué)完善的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

1927年，海森伯提出微觀量子體系的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，同時(shí)玻爾提出了并協(xié)原理，對(duì)量子力學(xué)做出了進(jìn)一步闡釋。狄拉克、海森伯和泡利等人將量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合起來(lái)，建立相對(duì)論量子力學(xué)。20世紀(jì)30年代以后又形成了量子場(chǎng)論，構(gòu)成了描述基本粒子現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)。1900～1926年是量子力學(xué)的醞釀時(shí)期，此時(shí)的量子力學(xué)是半經(jīng)典半量子的學(xué)說(shuō)，稱為舊量子論。愛(ài)因斯坦（德）1879-1955波爾（丹麥）1885-19621922年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1921年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)普朗克（德）1858-19471918年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1926年，海森堡和薛定諤從不同出發(fā)點(diǎn)建立了量子力學(xué)。1928年，狄拉克統(tǒng)一相對(duì)論和量子論的成就。海森堡（德）1901-19761932年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

薛定諤（奧地利）1887~19611933年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

狄拉克（英）1902~19841933年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第五篇量子現(xiàn)象和量子規(guī)律第15章光的量子性第16章量子力學(xué)基本原理第17章量子力學(xué)應(yīng)用普朗克能量子理論愛(ài)因斯坦光量子理論玻爾氫原子理論激光原理物質(zhì)波波函數(shù)不確定關(guān)系德布羅意公式薛定諤方程原子結(jié)構(gòu)的量子理論固