4.5 光的衍射-人教版高二《物理》下学期同步教学课件

第四章

光第5节

光的衍射新教材人教版物理（选择性必修第一册）问题1:什么是波的衍射现象？问题2:发生明显衍射的条件是什么？波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传播的现象叫波的衍射.障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。温故知新

既然光也是一种波，那么应该也会产生衍射现象？为什么平时我们看到的光是沿的直线传播的？S课堂引入

在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。但是，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹。一、光的衍射1.光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射现象。2.衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。思考：如何让衍射现象更明显呢？3.光的明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸小于波长或者和波长差不多。一、光的衍射

声音的波长比光的波长大的多，更容易发生明显衍射，即更容易绕过障碍物向前传播。为什么平时隔墙可以听见别人的声音却看不到人？思考：各种颜色的光波衍射图象一样吗？一、光的衍射1.条纹不等间距；2.中央条纹亮而宽；3.两侧条纹较暗较窄，对称分布；红光a=0.8mm红光a=0.4mm4.波长一定时，单缝越窄，现象越明显。二、单缝衍射条纹单色光单缝衍射图样的特点：1.波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大．(衍射越明显)2.单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大(衍射越明显)3.白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．二、单缝衍射条纹单色光单缝衍射图样的规律：干涉：等距的明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱较慢。

衍射：中央有一条较宽亮条纹，两边是对称明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱得很快。

（双缝）干涉图样（单缝）衍射图样双缝间距越小，条纹间距越大单缝宽度越小，条纹间距越大（单色光）波长越小，条纹间距越小（单色光）波长越小，条纹间距越小单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹三、单缝衍射与双缝干涉条纹的比较AS1.孔较大时——屏上出现清晰的光斑几乎沿直线传播四、圆孔衍射2.孔较小时——屏上出现衍射花样（亮暗相间的不等间距的圆环，这些圆环的范围远远超过了光沿直线传播所能照明的范围）原因:来自单缝或圆孔上不同位置的光，在屏上叠加的结果.以中央最亮的光斑为圆心的逐渐变暗的不等距的同心圆四、圆孔衍射S四、圆孔衍射光遇到不透明的障碍物会出现什么情况呢？光是否可以绕过障碍物呢，跑到影子里面去呢？

不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．实验：在光束中放一个不透明圆盘现象：在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。泊松亮斑中心有小亮斑五、圆盘衍射不同点：③圆孔衍射的背景是黑暗的,而圆盘衍射图样中的背景是明亮的。②圆孔衍射亮环或暗环间距随半径增大而增大,圆盘衍射亮环或暗环间距随半径增大而减小；圆孔衍射圆盘衍射相同点：均是明暗相间的光环,中心均有亮斑①圆孔衍射中心亮斑较大,而泊松亮斑较小；拓展1：圆孔衍射与圆盘衍射不只是狭缝和圆孔，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．圆屏衍射圆孔衍射钢针的衍射拓展2：光的衍射现象1.结构由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．2.衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．六、衍射光栅1818年，法国的巴黎科学院为了鼓励对衍射问题的研究，悬赏征集这方面的论文。一位年轻的物理学家菲涅耳在论文中按照波动说深入研究了光的衍射。当时的另一位法国科学家泊松是光的波动说的反对者，他按照菲涅耳的理论计算了光在圆盘后的影的问题，发现对于一定的波长、在适当的距离上，影的中心会出现一个亮斑！泊松认为这是荒谬可笑的，并认为这样就驳倒了光的波动说。但是，就在竞赛的关键时刻，评委阿拉果在实验中观察到了这个亮斑（图），这样，泊松的计算反而支持了光的波动说。后人为了纪念这个有意义的事件，把这个亮斑称为泊松亮斑，也称为阿拉果亮斑。泊松亮斑趣事科学漫步晶体中原子的排列是规则的，原子间距与X射线波长接近。这使得X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象。衍射图样中斑点的强度和位置包含着有关晶体的大量信息。因此，人们可以利用X射线衍射探测晶体的结构（图）。X射线衍射与双螺旋X射线晶体衍射实验示意图科学漫步1912年，德国科学家劳厄观测到了这种衍射现象。在当时人们并不确信X射线是一种电磁波，也不确信晶体是由周期性排列的原子组成的。劳厄的观测，同时证实了X射线的波动性和晶体内部的原子点阵结构，被爱因斯坦誉为物理学中最美的实验。劳厄因此获得了1914年诺贝尔物理学奖。之后，英国物理学家布拉格父子深入研究了利用X射线测量和分析晶体结构的方法。他们的工作奠定了这一技术的实验和理论基础，为此，布拉格父子共同获得了1915年诺贝尔物理学奖。今天，X射线衍射已经成为人们探测晶体和大分子结构的标准技术手段之一，被广泛应用于物理学和生物学等许多领域。这一技术所带来的最重要成果之一，就是DNA双螺旋结构的发现。X射线衍射与双螺旋科学漫步

在20世纪50年代，生物学家已经知道DNA是细胞中携带遗传信息的物质，下一步就是要搞清楚DNA的结构，从而确定它的化学作用。从1951年开始，英国物理学家威尔金斯和富兰克林研究了DNA对X射线的衍射，获得了一系列DNA纤维的X射线衍射图样（图）。英国卡文迪什实验室（主任为小布拉格）的美国生物学家沃森和英国生物学家克里克则根据这些数据提出了DNA的双螺旋结构模型。这是生物学史上划时代的事件。它宣告了分子生物学的诞生，标志着生物学已经进入了分子水平。沃森、克里克和威尔金斯因此获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。X射线衍射与双螺旋科学漫步课堂小结圆盘衍射光的衍射圆孔衍射明显衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小均是明暗相间的光环,中心均有亮斑1.条纹不等间距；2.中央条纹亮而宽；3.两侧条纹较暗较窄，对称分布；白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．衍射：光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射现象。【典例1】在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，分别得到如下四幅图样，以下说法正确的是（）A．甲是双缝干涉图样、丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样B．乙是单缝衍射图样、丙是小圆板“泊松亮斑”衍射图样C．甲是双缝干涉图样、丁是小圆孔衍射图样D．乙是双缝干涉图样、丙是小圆孔衍射图样典例分析【正确答案】A【典例2】（2022·上海嘉定·二模）利用图a所示的装置，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到图b中甲和乙两种图样。则（）A．甲对应单缝，乙对应双缝B．甲对应双缝，乙对应单缝C．都是单缝，甲对应的缝宽较大D．都是双缝，甲的双缝间距较大典例分析【正确答案】A【典例3】（2022·重庆八中高二阶段练习）如图，在大山后面的屋舍听广播（信号波长为

）要比看电视（信号波长为

）的效果好，这是由于（）A．广播信号更容易发生明显的衍射现象 B．电视信号更容易发生明显的衍射现象C．广播信号更容易发生明显的干涉现象 D．电视信号更容易发生明显的干涉现象典例分析【正确答案】A【典例4】(多选)下列光学现象，可以用干涉原理解释的是（）

A．甲图透过汽车挡风玻璃拍摄出车内物品的照片很模糊B．乙图用黄光照射形成的牛顿环条纹C．丙图用红光照射大头针形成模糊的条纹D．丁图用绿光照射双缝后形成的条纹典例分析【正确答案】BD【典例5】如图所示的四幅明暗相间的条纹，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(黑色部分表示亮条纹).则在下面的四幅图中从左到右排列，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.蓝黄红紫典例