第2节光的衍射

司南版物理选修34第5章,厦门一中郑仁文,第2节光的衍射,1.行人隔墙听到墙内佳人的笑声，这是什么物理现象？,2.什么是波的衍射现象？波产生明显衍射的条件是什么？,思考与讨论,衍射是波特有的现象，光也是一种波，那么光是否也会产生衍射现象？若会产生，那墙外的行人为何只闻佳人笑，却无缘见到佳人貌呢？,引入课题,我们在实验室如何操作才能观察到光的衍射现象呢？,一、衍射现象,1.圆孔衍射,【实验探究一】利用激光演示仪发出的激光按直径大、中、小（直径分别为2mm、1mm、0.6mm）的顺序分别照到三个大小不一的圆孔上，并将其投射在墙面上，然后用手机将黑板上形成的光的图样通过电脑在屏幕上显示出来。请认真观察随着圆孔直径的减小，光的图样如何变化？,当光通过很窄的缝、很小的孔或者障碍物时，光没有沿直线传播，而是绕到障碍物后面去，形成明暗相间的条纹的现象就叫做光的衍射现象。,光的衍射现象,思考与讨论,1.单色光圆孔衍射图样的条纹(形状、宽度、亮度、间距）有何特征？2.圆孔衍射图样的条纹（宽度、亮度、间距）与圆孔的大小有何关系？,d=1.0mm,d=0.6mm,d=1.0mm,d=0.6mm,圆孔衍射图样特征,1条纹为圆形，中心亮纹大而亮，旁边亮纹迅速的减弱减小。,2圆孔越小，条纹越宽，间距越大，衍射现象越明显，但亮度变低。,2.单缝衍射,【实验探究二】利用单缝衍射观察片观察讲台桌上的红光灯与蓝光灯的衍射现象，并讨论以下问题：1.单色光的单缝衍射条纹（形状、宽度、亮度、间距）有何特点？2.同一单缝的红光衍射条纹与蓝光衍射条纹有何区别？3.同一种色光，单缝宽度不同衍射条纹（宽度、亮度、间距）有何区别？,单缝衍射图样特征,1.中央亮纹宽而亮，两侧条纹具有对称性，但迅速的减小减弱。,实验结论,2.对同一单缝，红光衍射条纹的中央亮纹及条纹间距比蓝光的宽。,3.对同一色光，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大，但亮度较低。,白光的单缝衍射,【实验探究三】利用单缝衍射观察片观察白光（讲台桌上的日光灯）的衍射条纹。,思考与讨论,1.白光的单缝衍射条纹（形状、颜色分布）有何特点？2.由以上的几个实验，能否总结出光的衍射条纹的宽度、亮度以及条纹间距与单缝的宽度、光的波长的定性关系？3.为何缝越窄，条纹的亮度越低？,单缝衍射图样特征,1.白光单缝衍射条纹为中央为白色亮纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近中央的内侧为紫色。,单缝衍射图样特征,2.对于同一色光，单缝越窄的中央条纹越宽，各条纹间距越大，亮度越低。对于同一单缝，光波波长越长的中央亮纹越宽，条纹间距越大。,当光传播到狭缝或圆孔时，可把缝或圆孔看成许许多多个点光源，这些点光源发出的光在屏上相遇叠加有的相互加强，有的相互减落形成了明暗相间的衍射图样。,简单分析衍射图样的形成,3.光绕过障碍物的衍射,泊松亮斑,光绕过障碍物的衍射,各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果,钢针的衍射,1光的衍射现象说明了什么？,思考与讨论,2光产生明显衍射的条件是什么？,光的衍射现象说明了光是一种波（具有波动性）,光沿直线传播是有条件的（同一均匀介质）,光产生明显衍射的条件,孔、缝或障碍物的尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长更小。,实验证明，对波长为（数量级10-7m）的光波来说，障碍物或孔的尺寸的数量级在103以上时，衍射现象不明显，可按直线传播处理；在10210时，衍射现象显著，出现明暗相间的条纹；在比波长还小时，衍射现象更为明显。即障碍物尺寸是波长几百倍时，对光波来说，仍可认为是衍射条件中的“差不多”。,例题1,在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是（黑线为暗线）（）A很小的不透明的圆板B很大的中间有大圆孔的不透明的圆板C很大的不透明的圆板D很大的中间有小圆孔的不透明的圆板,D,二、双缝干涉与单缝衍射的比较,条纹宽度相等,条中央最宽，两边迅速变窄,各相邻条纹间距不等,各相邻条纹等间距,清晰条纹，亮度基本相等,中央条纹最亮，两边迅速变暗,波特有的现象，都属于波的叠加；都有明暗相间的条纹,观察右图，并讨论单缝衍射与双缝干涉有何不同点与相同点？讨论后完成下表：,三、光的衍射的应用,请大家课后自行阅读教材衍射对分辨率的影响及衍射光栅部分的内容，并思考生活中还有哪些光的衍射现象。,例题2,如图所示是4幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮纹）。则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是（）A红黄蓝紫B红紫蓝黄C蓝紫红黄D蓝黄红紫,B,小结,一、产生明显衍射现象的条件：孔、缝或障碍物的尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长更小。,二、衍射条纹的特征：1中央亮纹宽而亮，两侧条纹具有对称性，但迅速的减小减弱。2白光单缝衍射条纹为中央为白色亮纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近中央的内侧为紫色。,三、光的衍射条纹与单缝的宽度、光的波长的定性关系：1对于同一色光，单缝（或孔）越小，中央条纹越宽，各条纹间距越大，但亮度越低。2对于同一单缝（或孔），光波波长越