光的衍射的应用.doc

光的衍射的应用资料整理：王金诚（资环学院 环境09-1班） 摘要：在现代应用光学分析技术中，科学家根据衍射图样与障碍物的结构间一一对应的关系，利用X射线穿过晶体后发生晶格衍射时，不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析得到的衍射图样，从而推理得出组成晶体的原子是如何排列的。关键词：衍射图样；障碍物；一一对应一、引出单缝衍射和圆孔衍射图样实验一：如图4所示装置，把激光笔发出的激光分别照在单缝b、d 上，观察屏上的图样。现象及分析：当激光照在宽缝a上时，光沿着直线方向通过缝，在屏上产生一条跟缝的宽度相当的亮线；当激光照在窄缝b上时，光通过缝后就明显地偏离了直线传播方向照到了屏上相当宽的地方，且出现了明暗相间的条纹，如图5所示，这就是光的衍射现象。实验二：在上述实验中，把挡板换成图2所示卡片，把激光笔发出的激光分别照在圆孔c、d上，观察屏上的图样。现象和分析：当激光照在直径较大的孔C上时，在屏上得到一个圆形亮斑，圆的大小跟按光沿直线传播规律作图得到的一样。当激光照在直径较小的孔d上时，屏上得到一些明暗相间的圆环，这些圆环达到的范围远远超过了光沿直线传播所对应照明的区域，如图6所示。小结：上述两个实验说明：当缝或孔较大（比光波波长大得多）时，衍射现象不明显（肉眼很难直接观察到）；当缝或孔很小（与光波波长接近或比光波波长更小）时，衍射现象十分明显。二、衍射图样和孔的形状是一一对应关系 （一）比较单缝衍射和圆孔衍射图样的异同点 相同点都是明暗相间的条纹。不同点是圆孔衍射条纹为圆环形状，而单缝衍射条纹是直线形状。（二）衍射图样的形状与障碍物的形状的关系光源选用激光笔，缝和孔的具体制作过程简述如下：用刀片、缝衣针等工具在不透光的塑料卡片（如电话卡）上，分别刻制出不同宽度的缝和不同大小、不同形状的孔。如图1所示卡片上制作宽度约为2 mm的缝a和宽度约为05 mm的缝b；如图2所示卡片上制作直径约为2 mm的圆孔c和直径约为1 mm的圆孔d；如图3所示卡片上制作线度都约为1 mm的正三角形孔e、正方形体正多边形孔g。演示时，把有孔或缝的卡片固定在支架上作为挡板，在相距1 m左右的位置，把激光笔光源照射到缝或孔上，在光屏（可以把白色墙壁作为光屏）上可看到相应的衍射现象，实验装置如图4所示。在图4所示装置中，把挡板换成如图3所示卡片，依次演示激光通过正三角形孔e、正方形孔f、正多边形孔g发生的衍射现象，其衍射图样分别为如图7、8、9所示。由实验可知，衍射图样和孔的形状是一一对应的，因此，由衍射图样可以推知小孔的形状。三 、光的衍射在现代技术中的应用（一）在现代应用光学分析技术中，科学家根据衍射图样与障碍物的结构间一一对应的关系，利用X射线穿过晶体后发生晶格衍射时，不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析得到的衍射图样，从而推理得出组成晶体的原子是如何排列的。 （二）DNA的双螺旋结构的发现过程：弗兰克林这位具有非凡才能的物理化学家，成功地拍摄了不同温度下DNA晶体的X射线衍射照片，如图10所示，把这些各种局部的结构形状汇总。DNA的衍射图片越来越清晰，越来越全面。此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行DNA结构的形究，他们看了那张照片后，很快就领悟到了DNA的结构两条以磷酸为骨架的链相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们联结在一起。因此他们获得了诺贝尔奖。参考文献1詹顺凤.泊松亮斑与圆孔衍射的实验演示J.物理教师.2004年07期.2吴善勇.“光的衍射”和“泊松亮斑”的实验演示J.中学物理教学参考,2004年11期.3詹顺凤.泊松亮斑与圆孔衍射的实验演示J.物理教师,2004年07期.4 张彦亮,周汝远. 对光的双缝干涉的教学讨论J. 物理教师, 2003, (05) . 5 牛原. 光的衍射实验的研究J. 物理实验, 1994, (04) . 6 许安涛. 对“光的衍射