《光栅衍射测量》PPT课件 (2)
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《光栅的衍射》课件
《光栅的衍射》PPT课件
欢迎大家来到《光栅的衍射》PPT课件。本课件将带领你们探索光栅的神奇世 界，了解衍射现象以及光栅在各个领域中的应用。
背景介绍
光栅是一种由许多等距且平行的刻槽组成的光学元件，可以用来分离和分析 光的不同波长。 在本节中，我们将深入研究光栅的定义、原理和结构。
光栅的衍射现象
衍射图案
实验步骤和操作
1. 准备实验装置
搭建光栅实验装置，确保光源、光栅和探测器正确设置。
2. 进行实验测量
用光栅照射光源，并使用探测器记录衍射图案和干涉条纹。
3. 测试不同波长
改变光源的波长，记录不同波长下的衍射和干涉现象。
实验结果和数据分析
衍射图案
光栅衍射图案清晰可见，条纹间距随波长变化。 1. 研究不同光源的衍射图案。 2. 计算出不同波长的衍射角度。
光栅通过衍射现象产生独特的图案，展示了光的波动性 和干涉效应。
干涉条纹
不同波长的光在光栅上产生干涉，形成明暗相间的条纹， 帮助我们研究光的特性。
光栅的应用
1
光谱学
光栅广泛应用于光谱学领域，用于分析光的成分和波长。
2
激光技术
光栅在激光技术中起到关键作用，用于光束展宽和光谱仪、光栅显微镜等，提供高分辨率的图像。
干涉条纹
干涉条纹清晰可见，条纹间距随波长变化。 1. 测量不同波长下的条纹间距。 2. 分析条纹的亮度和对比度。
结论和展望
通过本实验，我们深入了解了光栅的衍射现象和应用。光栅技术在科学研究和工程领域中的应用前景广阔。 未来，我们可以进一步探索光栅的优化方法，研究更复杂的衍射现象，并将其应用于更多实际问题的解决。
欢迎大家来到《光栅的衍射》PPT课件。本课件将带领你们探索光栅的神奇世 界，了解衍射现象以及光栅在各个领域中的应用。
背景介绍
光栅是一种由许多等距且平行的刻槽组成的光学元件，可以用来分离和分析 光的不同波长。 在本节中，我们将深入研究光栅的定义、原理和结构。
光栅的衍射现象
衍射图案
实验步骤和操作
1. 准备实验装置
搭建光栅实验装置，确保光源、光栅和探测器正确设置。
2. 进行实验测量
用光栅照射光源，并使用探测器记录衍射图案和干涉条纹。
3. 测试不同波长
改变光源的波长，记录不同波长下的衍射和干涉现象。
实验结果和数据分析
衍射图案
光栅衍射图案清晰可见，条纹间距随波长变化。 1. 研究不同光源的衍射图案。 2. 计算出不同波长的衍射角度。
光栅通过衍射现象产生独特的图案，展示了光的波动性 和干涉效应。
干涉条纹
不同波长的光在光栅上产生干涉，形成明暗相间的条纹， 帮助我们研究光的特性。
光栅的应用
1
光谱学
光栅广泛应用于光谱学领域，用于分析光的成分和波长。
2
激光技术
光栅在激光技术中起到关键作用，用于光束展宽和光谱仪、光栅显微镜等，提供高分辨率的图像。
干涉条纹
干涉条纹清晰可见，条纹间距随波长变化。 1. 测量不同波长下的条纹间距。 2. 分析条纹的亮度和对比度。
结论和展望
通过本实验，我们深入了解了光栅的衍射现象和应用。光栅技术在科学研究和工程领域中的应用前景广阔。 未来，我们可以进一步探索光栅的优化方法，研究更复杂的衍射现象，并将其应用于更多实际问题的解决。
衍射光栅实用PPT课件PPT课件
3
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3.单缝衍射对光强分布的影响 如图所示，是一个N＝5 的光栅强度分布示意图
4
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4.缺级现象
同时 (a b)sin k 满足 a sin k
缺级条件 k k a b k 1, 2,3, a
一般只要 a b 为整数比时，对应的k级明条纹位
a
置一定出现缺级现象.
公式
k 0, 1, 2,
✓当 与 在法线
同侧，图(a)，公 式取“+”号
✓当 与 在法线
异侧，图(b)，公 式取“-”号
2
第2页/共9页
2.暗纹条件
暗条纹位 置满足:
(a b) sin (k n )
N k 0, 1, 2,
在相邻两主极大之间分布有(N－1)个暗条纹和(N－2) 个光强极弱的次级明条纹，这些明条纹几乎是观察 不到的，因此实际上在两个主极大之间是一片连续 的暗区.缝数N愈多，暗条纹也愈多，因而暗区愈宽， 明条纹愈细窄.
解 光栅常数为
a b 1102 5.0105 m 200
7
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1 和 2都很小，所以 sin tan ，根据光栅方程
sin 1
k11
ab
x f
sin 2
k22
ab
x
x f
k11
x f
(a b)
5.0 5.0 105 500
0.5106
m 500nm
k22
x
x f
(a
5
第5页/共9页
三、光栅光谱
(a b)sin k (k 0, 1, 2, )
入射光为白光时，不同，按波长各分开形成光谱.
I
光栅衍射现象 ppt课件
(a b)sin k
将得到的K值取整，就得到
最大的K值:
kmax
(a
b)
取整
o
x
fP
一共可看到的谱线为2kmax 1 条（包括中央明纹）
在相邻暗条纹之间必定有明纹，称为次极大。相 邻主极大之间有(N-2)个次极大。
当N 很大时，次极大的个数很多，在主极大明条 纹之间实际上形成一片相当暗的背底。
在研究光栅问题时，主要研究主极大明纹。 PPT课件 7
3.光栅斜入射情况
两两相邻光线的光程 差仍都相同。
k
(a b)sin (a b)sin
光栅衍射
PPT课件
1
一、光栅
大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。 从工作原理分
衍射光栅 (透射光栅)
反射光栅(闪耀光栅)
光栅制作 •机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划 痕,刻过的地方不透光，未刻地方透光。 •全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹 在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。
设1=450nm, 2=650nm, 则据光栅方程，1 和 2 的
第 2 级谱线有：
d sin 1 21 ; d sin 2 22
据上式得： 1 sin -1 2 1 d 26 .74
2 sin -1 2 2 d 40 .54
第2级光谱的宽度 x 2 - x1 f tg 2 - tg 1
通常在 1 cm 内刻有成P千PT课上件 万条透光狭缝。
2
光栅常数
透光缝宽度 a
b a
不透光缝宽度 b
d
光栅常数:
将得到的K值取整，就得到
最大的K值:
kmax
(a
b)
取整
o
x
fP
一共可看到的谱线为2kmax 1 条（包括中央明纹）
在相邻暗条纹之间必定有明纹，称为次极大。相 邻主极大之间有(N-2)个次极大。
当N 很大时，次极大的个数很多，在主极大明条 纹之间实际上形成一片相当暗的背底。
在研究光栅问题时，主要研究主极大明纹。 PPT课件 7
3.光栅斜入射情况
两两相邻光线的光程 差仍都相同。
k
(a b)sin (a b)sin
光栅衍射
PPT课件
1
一、光栅
大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。 从工作原理分
衍射光栅 (透射光栅)
反射光栅(闪耀光栅)
光栅制作 •机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划 痕,刻过的地方不透光，未刻地方透光。 •全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹 在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。
设1=450nm, 2=650nm, 则据光栅方程，1 和 2 的
第 2 级谱线有：
d sin 1 21 ; d sin 2 22
据上式得： 1 sin -1 2 1 d 26 .74
2 sin -1 2 2 d 40 .54
第2级光谱的宽度 x 2 - x1 f tg 2 - tg 1
通常在 1 cm 内刻有成P千PT课上件 万条透光狭缝。
2
光栅常数
透光缝宽度 a
b a
不透光缝宽度 b
d
光栅常数:
普通物理学衍射光栅PPT课件
1条缝
5条缝
3条缝
第7页/共26页
20 条 缝
光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远
一定， d 减少， k1 k 增大。
入射光波长越大，明纹间相隔越远
d
一定，
增大， k 1
k
增大。
第8页/共26页
➢ 衍射对多缝干涉的影响（以双缝为例） 设双缝的每个缝宽均为 b，不考虑衍射时，双
缝干涉的光强分布如下图所示。
I
3
3 sin
0
2b b 2b
2b b 2b
第9页/共26页
衍射的影响：
双缝衍射光强分布如图，双缝干涉条纹受到了衍射的调制， 各级主极大的强度不再相等。主极大的位置没有变化。
透镜
θ
θ
衍射光相干叠加
I
f
第10页/共26页
双缝干涉条纹受到了衍射的调制，各级主极大的强度不再 相等。主极大的位置没有变化。
图中是 d b b 2b 的情况。
I
0级 -1级
1级 单缝衍射光强
缺-2级 -3级
2 3 0
b db d
缺2级 3级
3 2
db d b
sin
第11页/共26页
第12页/共26页
➢ 明纹缺级现象 干涉明纹位置： d sin k，k 0,1,2,
衍射暗纹位置： b sin k ，k 1,2,3,
纹越宽。
第19页/共26页
例2：利用一个每厘米刻有4000条缝的光栅，在白光 垂直照射下，可以产生多少完整的光谱？问哪一级光 谱中的哪个波长的光开始与其他谱线重叠？
解： 设
λ紫 400n m 4 107 m λ红 760n m 7.6 107 m
用衍射光栅测定光波波长ppt课件
在方向上形成亮条纹，又称谱线。a+b为光栅常 数，为衍射角，K称为级次。
3Leabharlann 光栅光谱仪简介利用光栅干涉原理可制成光栅光谱仪，用 于各种物质的光谱分析，通过物质特征光 谱的识别，研究被分析样品中特定物质的 含量。例如：
1.太阳表面物质的构成 2.炼钢时杂质的含量 3.DNA的测定
4
三.仪器的调节
用衍射光栅测定光波波长
1
一.目的
1.了解分光计的构造、原理及其调节方法 2.学会用光栅测量光波波长的方法 3.观察光栅衍射现象
2
二.原理
当波长为λ的平行光垂 直光栅面入射透明与 不透明相间的周期性 结构（光栅）时，由 于透过的光衍射与相 干叠加的结果，在满 足
(a b) sin K,
K 0,1,2,
蓝
d sin蓝 K
？,
E ？ 蓝 0蓝
0蓝
0蓝
求出黄1光波长（0黄=576.96nm)
/ ？, E ？ d sin黄1
黄1
K
0黄1
黄1 0黄1 0 黄1
14
实验示范录像
15
2.偏心差很小，因此，左右游标读数差，应在 180°上下，最多差几分。
3.读数：先读游标“0”点所对的主盘读数，再 加上刻度对齐主盘刻度处的游标盘的读数。
9
分光计测量读数
用准线叉丝对准某条谱线即 可通过分光计两边的游标， 读出该谱线的偏转角度。图 为读汞灯绿光时的情况。 读数： 游标0刻线对准的主尺读加 游标刻线与主尺刻线对齐的 游标刻线的读数,既 读数= A+B=
2.再利用公式
2 1 2 '1' 4
求出该光谱的偏转角。 12
数据记录和处理
3Leabharlann 光栅光谱仪简介利用光栅干涉原理可制成光栅光谱仪，用 于各种物质的光谱分析，通过物质特征光 谱的识别，研究被分析样品中特定物质的 含量。例如：
1.太阳表面物质的构成 2.炼钢时杂质的含量 3.DNA的测定
4
三.仪器的调节
用衍射光栅测定光波波长
1
一.目的
1.了解分光计的构造、原理及其调节方法 2.学会用光栅测量光波波长的方法 3.观察光栅衍射现象
2
二.原理
当波长为λ的平行光垂 直光栅面入射透明与 不透明相间的周期性 结构（光栅）时，由 于透过的光衍射与相 干叠加的结果，在满 足
(a b) sin K,
K 0,1,2,
蓝
d sin蓝 K
？,
E ？ 蓝 0蓝
0蓝
0蓝
求出黄1光波长（0黄=576.96nm)
/ ？, E ？ d sin黄1
黄1
K
0黄1
黄1 0黄1 0 黄1
14
实验示范录像
15
2.偏心差很小，因此，左右游标读数差，应在 180°上下，最多差几分。
3.读数：先读游标“0”点所对的主盘读数，再 加上刻度对齐主盘刻度处的游标盘的读数。
9
分光计测量读数
用准线叉丝对准某条谱线即 可通过分光计两边的游标， 读出该谱线的偏转角度。图 为读汞灯绿光时的情况。 读数： 游标0刻线对准的主尺读加 游标刻线与主尺刻线对齐的 游标刻线的读数,既 读数= A+B=
2.再利用公式
2 1 2 '1' 4
求出该光谱的偏转角。 12
数据记录和处理
《光栅衍射讲》课件
前景
在光电子学、信息技术和 生物医学等领域具有广阔 的应用前景。
《光栅衍射讲》PPT课件
# 光栅衍射讲 PPT课件
光栅衍射是一种重要的光学现象，本课件将介绍光栅衍射的定义、应用和原 理，以及光栅的构造、实验、性能指标和应用，最后总结其优缺点、未来发 展和应用前景。
概述
1 光栅衍射的定义
光线通过光栅时产生的衍射现象。
2 光栅衍射的应用
用于光学、物理和化学等领域的实验和技术。
包括选择光源、调整光栅和观察衍射图
样等。
3
光栅衍射实验的注意事项
确保实验环境暗无光线干扰，准确记录 实验结果。
光栅的性能指标
1 光栅的分辨率
能够区分最小特征的能力。
3 光栅的精度
与实际测量值的接近程度。
2 光栅的灵敏度
对入射光强的响应程度。
光栅衍射的应用
光栅衍射在光学中的应用
用于光谱分析、光学显微镜和激光技术等。
3 光栅衍射的原理
光波在光栅上的相位差导致光栅衍射。
光栅构造
光栅的结构
由一系列平行的凸起或凹陷的平行线组成。
光栅的类型
包括均匀光栅、非均匀光栅和衍射光栅等。
光栅参数的影响
包括光栅常数、光栅间距和光栅材料等。
光栅衍射的实验
1
光栅衍射实验的原理
通过光线通过光栅时产生的衍射现象来
光栅衍射实验步骤
2Leabharlann 验证光栅的特性。光栅衍射在物理中的应用
用于材料研究、波动力学和量子力学等。
光栅衍射在化学中的应用
用于表征化学物质的结构和分子间相互作用。
总结
1 光栅衍射的优缺点
提高光栅衍射的分辨率和 灵敏度，但需要精确控制 光栅参数。
在光电子学、信息技术和 生物医学等领域具有广阔 的应用前景。
《光栅衍射讲》PPT课件
# 光栅衍射讲 PPT课件
光栅衍射是一种重要的光学现象，本课件将介绍光栅衍射的定义、应用和原 理，以及光栅的构造、实验、性能指标和应用，最后总结其优缺点、未来发 展和应用前景。
概述
1 光栅衍射的定义
光线通过光栅时产生的衍射现象。
2 光栅衍射的应用
用于光学、物理和化学等领域的实验和技术。
包括选择光源、调整光栅和观察衍射图
样等。
3
光栅衍射实验的注意事项
确保实验环境暗无光线干扰，准确记录 实验结果。
光栅的性能指标
1 光栅的分辨率
能够区分最小特征的能力。
3 光栅的精度
与实际测量值的接近程度。
2 光栅的灵敏度
对入射光强的响应程度。
光栅衍射的应用
光栅衍射在光学中的应用
用于光谱分析、光学显微镜和激光技术等。
3 光栅衍射的原理
光波在光栅上的相位差导致光栅衍射。
光栅构造
光栅的结构
由一系列平行的凸起或凹陷的平行线组成。
光栅的类型
包括均匀光栅、非均匀光栅和衍射光栅等。
光栅参数的影响
包括光栅常数、光栅间距和光栅材料等。
光栅衍射的实验
1
光栅衍射实验的原理
通过光线通过光栅时产生的衍射现象来
光栅衍射实验步骤
2Leabharlann 验证光栅的特性。光栅衍射在物理中的应用
用于材料研究、波动力学和量子力学等。
光栅衍射在化学中的应用
用于表征化学物质的结构和分子间相互作用。
总结
1 光栅衍射的优缺点
提高光栅衍射的分辨率和 灵敏度，但需要精确控制 光栅参数。
《光栅衍射实验》PPT课件
A）千万注意： 只测定汞灯第二级（k=2）各谱线衍射角k
k2
k 1
k 1
k2
图 光栅衍射光谱示意图
-
14
B）注意：测量时“一口气” 测完，中途不走 开，
不讲话，望远镜一个方向偏转，不回头。
k2
k 1
k 1
-
图 光栅衍射光谱示意图
k2
15
第四步：按实验讲义要求好好处理数据
-
16
以光栅平面作为反射面，仅调节
载物台来的绿色 “+” 字像 与分划板上方叉丝重合。然后
光栅放置
旋紧游标制动螺丝，锁定游标盘。
-
12
2) 光栅刻线与分光计主轴平行
转动望远镜，如观察 到左右衍射光线不在 同一高度可调节载物 台螺钉 C 使各级谱线 等高.
-
13
第三步：如何测量角度
入
射
d: 光栅常数 ：谱线的衍射角
f
复色 光衍 射条 纹
-
5
b a d
f
当入射光垂直入射时，光谱线位置满足 光的加强条件，即光栅方程为
dsin kk (k 0 , 1 , 2 ,.....)
k=0、±1、±2、±3、……，k为衍射级次
k为第k级谱线的衍射角- 。
6
入射光为一束 复色光垂直入射后产生的谱线
kk2 -
2
10
四：怎么测量
实质是测量角度
第一步：首先是分光计本身调整（略）
-
11
第二步：透射光栅调整
透射光栅调整时望远镜、平行光管的倾斜度调节螺
钉已调好，不能再动！
1）调光栅平面与平行光管的光轴垂直。
将光栅如图所示放置在载物台上，
光栅平面垂直于a、b 连线，使望
k2
k 1
k 1
k2
图 光栅衍射光谱示意图
-
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B）注意：测量时“一口气” 测完，中途不走 开，
不讲话，望远镜一个方向偏转，不回头。
k2
k 1
k 1
-
图 光栅衍射光谱示意图
k2
15
第四步：按实验讲义要求好好处理数据
-
16
以光栅平面作为反射面，仅调节
载物台来的绿色 “+” 字像 与分划板上方叉丝重合。然后
光栅放置
旋紧游标制动螺丝，锁定游标盘。
-
12
2) 光栅刻线与分光计主轴平行
转动望远镜，如观察 到左右衍射光线不在 同一高度可调节载物 台螺钉 C 使各级谱线 等高.
-
13
第三步：如何测量角度
入
射
d: 光栅常数 ：谱线的衍射角
f
复色 光衍 射条 纹
-
5
b a d
f
当入射光垂直入射时，光谱线位置满足 光的加强条件，即光栅方程为
dsin kk (k 0 , 1 , 2 ,.....)
k=0、±1、±2、±3、……，k为衍射级次
k为第k级谱线的衍射角- 。
6
入射光为一束 复色光垂直入射后产生的谱线
kk2 -
2
10
四：怎么测量
实质是测量角度
第一步：首先是分光计本身调整（略）
-
11
第二步：透射光栅调整
透射光栅调整时望远镜、平行光管的倾斜度调节螺
钉已调好，不能再动！
1）调光栅平面与平行光管的光轴垂直。
将光栅如图所示放置在载物台上，
光栅平面垂直于a、b 连线，使望
《光栅衍射实验》课件
二、实验步骤
1
实验器材的准备
准备所需的光栅、光源、光屏等实验器材。
2
实验环境的建立
确保实验室环境安静、暗淡，减少干扰。
3
逐步进行实验
按照实验步骤依次进行光栅衍射实验。
三、实验结果解释
光栅衍射图样的解释
解释光栅衍射实验中观察到的不同衍射图样。
光栅常数的求解
介绍如何根据观察到的衍射图样求解光栅的常数。
实验的未来发展
展望光栅衍射实验在未来的发展方向和前 景。
七、参考文献
参考书目
列举相关专业书籍，供学生深入学习和了解。
参考论文
提供相关学术论文的引用，供学生进一步研究和参考。
四、实验注意事项
实验注意事项
提醒学生在进行实验时需要注意的一些细节和要点。
安全注意事项
强调在实验过程中需要注意的安全问题。
五、实验错误分析
实验误差的来源
分析光栅衍射实验ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ可能出现的误差来源。
如何减小误差
提供减小实验误差的方法和建议。
六、实验应用
实验在实际应用中的价值
介绍光栅衍射实验在科学研究和工程领域 中的应用价值。
《光栅衍射实验》PPT课 件
本课件介绍了光栅衍射实验的基本原理、步骤、结果解释以及实验注意事项 和错误分析等内容，帮助学生更好地理解和掌握该实验的相关知识。
一、实验介绍
光栅是一种具有规则间距的透明或不透明平面结构，能够将光束分成多个平 行的光线，并产生衍射现象。本节将介绍光栅的定义和光栅衍射原理。
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d
5、以 d 为已知量，通过测量衍射角 ，将
数据填入下面的表格当中，算出汞灯谱线中
其余谱线的波 长 （一条紫线，两条黄线）
【思考题】
1、调节并判断光线是否垂直入射到光栅上？
2、怎样确定光栅光谱的级数？
3、如果望远镜对着平面透射光栅观察，发现有 两个不重合的小十字叉丝像，你当如何解释？ 此时应如何调节光栅至测量状态？
6
【实验内容】
➢ 测量光栅常数 d ➢ 测量紫光或黄光波长
7
【实验步骤】
1、把分光计调节好（望远镜接收平行光并处于水平 状态，载物台水平，准直管水平并产生平行光）。
2、调节光栅的位置
（1）将光栅放在分光计载物平台上，使光栅平面处于
载
b1 b3
物台下方两个调节螺丝 和
载物
中垂面上。左b1右b转3动
直至小十
字叉丝像和调整用叉丝中心重合，并且所有谱
线等高。
3、将望远镜隔着光栅对准准直管，使零级光谱和分划板中的
竖直线重合。再转动载物平台，使由光栅表面返回的小十字叉丝像和调整用 Nhomakorabea丝中心重合。
( 546.1nm)
4、保持光栅位置不动，以光谱中的绿线为已知谱线，通过测量衍射角 ，计 算出光栅常量 （对称测量，且测量次数不少于5次）
谱线特点：
1、中间为零级谱线，其余各级谱线对称分布于两侧。 2、中间为零级谱线，而不同波长的光谱线位置不同。
并按波长增加的次序由里向外展开，形成彩色光谱。
注意
若已知 ，测出衍射角 ，则可计算出光栅常d数 反之，若已知 d ，通过测量衍射角 ，则可以测出 光波波长 。
【实验仪 器】
分光计、平面透射光栅、低压汞灯、平面镜等。
平台，看到由光栅反射的“小十字叉丝”像，调节
或，
（2）用低压汞灯照亮准直管的狭缝。转动望远镜观察
光谱，若零级谱线两侧的光谱线相对于分划板中间的水平线高
低两不旁等的时 谱线，等调节高。载由物于平调台节下螺方b2丝的另一个会螺使b丝2小十字，叉使丝零级像偏谱线离
调整用
叉丝中心，所以要反复进行（1）（2）两步操作，
再见！
感谢下 载
感谢下 载
۩ 大学物理实验
透射光栅衍射测量
武汉科技学院理学院 物理实验教学中心
1
【实验目的】
1、进一步巩固分光计的调节与使用技巧；
2、利用光栅测量光栅常量、光波波长。
【实验原理】
光学色散元件，为一组数目极 多的等宽、等间距平行排列的狭缝。
d sin k k (k 0,1, 2)
分 光 原 理 如 右 图 所 示 ：