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光的衍射课件(选修3-4)


回顾——水波的衍射

产生明显衍射现象的条件: 障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波 长相差不多.

光的干涉现象反映了光的波动性,而波 动性的另一特征是波的衍射现象,光是否具 有衍射现象?如果有衍射现象,为什么在日 常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢? 怎样才能观察到光的衍射现象?

一、光的衍射
1、光

的衍射:

光离开直线路径绕过障碍物,到达阴影 里的现象叫做光的衍射现象。
2、明显衍射的条件 障碍物或狭缝的尺寸比光的波长小或者 跟波长相差不多。 3、物理意义: 光的衍射现象证明光是一种波。

二、单缝衍射
光屏

单 色 光

狭缝宽 度可调

激光束

1、单缝衍射条纹特征 A、中央亮纹宽而亮. B、两侧条纹亮纹较窄、 较暗,且有对称性.

2、观察下列衍射图样,分析衍射规律:
红光 a=0.8mm

红光 a=0.4mm

a、波长一定,单缝越窄中 央条纹越宽,条纹间距越大。 b、单缝一定,光波波长越 大,中央亮纹越宽,条纹间 隔越大. c、白光单缝衍射:中央亮 条纹为白色,两侧为彩色, 且呈外红内紫.
白光 a=0.4mm

蓝光 a=0.4mm

光的衍射与干涉

3、干涉条纹与衍射条纹的区别
干涉:等间距明暗相间条纹。

衍射:中央亮纹较宽,两边 是对称明暗相间的条纹,条 纹宽度不等,间距不等。
(双缝)干涉图样 双缝间距越小,条纹间距越大 (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 (单缝)衍射图样 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 单色光形成明暗条纹,白光形 成彩色条纹

三、圆孔衍射

光沿直线传播 光的衍射

1、孔较大时—— 屏上出现光斑,

但边缘有些模糊.
A
S

B

三、圆孔衍射

光沿直线传播

2、孔减小时—— 屏上出现光源倒立的像 小孔成像
A
S

B

三、圆孔衍射

光的衍射

3、孔较小时—— 屏上出现衍射图样。

A
S

B

猜一猜:
使太阳光垂直照射到一块遮光板上,板上 有可以自由收缩的正方形孔,孔的后面放置一 个光屏,在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程 中,光屏上依次可以看到几种不同的现象,试 把下列现象依次排列: A.圆形光斑 B.明暗相间的彩色条纹 答案: C.变暗消失 D→E→A→B→C D.正方形光斑 E.正方形光斑由大变小

四、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.历史上曾有一个著名的 衍射图样——泊松亮斑.(阅读教材)

泊松亮斑
光照到不透明的 小圆板上,形成明暗 相间的间距不等的同 心圆环,在屏上圆板 的阴影中心,有一个 亮斑,这个亮斑叫 “泊松亮斑”

想一想:
为什么我们说光沿直线传播是有条件的?
我们通常所说“光沿直线传播”只是一 种特殊情况,光在没有障碍物的均匀介质中 是沿直线传播的。
考虑到光的衍射,则只有在障碍物的尺 寸比光的波长大得多的情况下,光才可以看 作是沿直线传播的。 当障碍物的尺寸可以跟光的波长相比, 甚至比光的波长还小的时候,衍射现象十分 明显,这时就不能说光沿直线传播了。

五、衍射光栅
单缝衍射的条纹比较宽,而且距离中央条 纹较远处的条纹亮度也很低,不能达到实用要 求。 实验表明,增加狭缝的个数,衍射条纹的 宽度将变窄,亮度将增加。 ? 衍射光栅是由许多等宽 的狭缝等距离的排列起来 形成的光学仪器。可分为 透射光栅和反射光栅。

单缝衍射

光栅衍射

光栅中狭缝条数越多,明纹越细,越亮。
a 1条缝 d 5条缝

b 2条缝

e 6条缝

c 3条缝

f 20条缝

知识小结:
1、光的衍射 2、单缝衍射

3、圆孔衍射
4、圆盘衍射(泊松亮斑)

5、衍射光栅

例1:关于光的衍射现象,下面说法正确的是 ( AC ) A、红光的单缝衍射图样是红黑相间的直条纹. B、白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹. C、光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑,说明 发生了衍射. D、光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿直 线传播,不存在光的衍射.

例2:下面四种现象中,哪些不是光的衍射 现象造成的( C ) A.通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光 的日光灯管,会看到平行的彩色条纹; B.不透光圆盘后面的阴影中心出现一个亮 斑; C.太阳光照射下,架在空中的电线在地面 上不会留下影子; D.用点光源照射小圆孔,后面屏上会出现 明暗相间的圆环.

1、对于衍射现象的分析正确的是(A C D )

A.光的衍射是光离开直线路径绕到障碍物阴 影里去的现象 B.光的衍射完全否定了光的直线传播的结论
C.光的衍射为光的波动说提供了有力的证据 D.光的衍射条纹图样是光波相叠加的结果

2.单色光照射单缝衍射时( A C ) A.狭缝越窄衍射现象越明显 B.狭缝越宽衍射现象越明显 C.照射的光的波长越长衍射现象越明显 D.照射的光的频率越高衍射现象越明显

3、下列属于光的衍射现象的是( DE ) A 雨后天空出现的绚丽的彩虹 B 阳光下肥皂膜上的彩色条纹 C 太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹 D 眼睛透过纱巾看到的灯光的条纹 E 眼睛眯成一条线看到的发光的电灯周围有 彩色花纹

4、下列关于单缝衍射的说法中,正确的是 ( D )

A 和光的双缝干涉图样相同
B 各亮条纹的宽度不同而亮度相同 C 各亮条纹的宽度相同而亮度不同 D 中央亮条纹的宽度最宽,亮度最亮

5、用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验 时,在光屏上得到衍射图形,它们的特征是 ( B )
A.用小圆盘时中央是暗的,用小圆孔时中 央是亮的

B.中央均为亮点的同心圆形条纹
C.中央均为暗点的同心圆形条纹

D.用小圆盘时中央是亮的,用小圆孔时中 央是暗的

6、我们经常可以看到,凡路边施工处总挂 有红色的电灯,这除了红色光容易引起人的 视觉注意以外,还有一个重要的原因,这一 原因是红色光( A )

A.比其他色光更容易发生衍射
B.比其他可见光更容易发生干涉

C.比其他可见光更容易发生反射
D.比其他可见光更容易发生折射

7、关于衍射下列说法正确的是( A B D ) A.衍射现象中衍射花样有亮暗条纹的出现是 光的叠加的结果。 B.双缝干涉中也存在着光的衍射现象。

C.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观 事实。
D.一切波都可以产生衍射。

9、声波能绕过一般建筑物,而光波却不能, 这是因为( D )
A.光波传播速度太大,偏离直线不明显 B.声波传播速度小,而光波传播速度大 C.建筑物对声波吸收少,而对光波吸收多 D.声波波长长,容易产生衍射;光波波长短, 不易产生衍射

10、对于单缝衍射实验现象,以下正确的是 ( B ) A.缝的宽度越小,中央亮条纹的宽度越窄 B.缝的宽度越小,中央亮条纹的宽度越宽 C.缝的宽度越大,衍射现象越明显 D.入射光的频率越大,衍射现象越明显

11、一个不透光的薄板上有两条平行的窄缝, 有一频率单一的红光通过两窄缝在与薄板平 行的屏上呈现明暗相间的间隔均匀的红色条 纹,若将其中一窄缝挡住让另一缝通过红光, 则在屏上可观察到( ) B A.明暗与原来相同,间隔均匀的红色条纹
B.明暗与原来不相同,间隔不均匀的红色条 纹 C.一条红色的条纹 D.既无条纹,也不是一片红光,而是光源的 像


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