1、5.光的衍射 1.观察光的衍射现象,知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件。能用衍射知识对生活中的有关现象进行解释和分析。2.初步了解衍射光栅。1 2 3 4 5 1.光的衍射现象 光在传播过程中,遇到障碍物或小孔时,光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象。1 2 3 4 5 2.常见的光的衍射现象(1)单缝衍射:单色光通过狭缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹,中央为亮条纹且中央条纹最宽最亮,其余条纹变窄变暗;白光通过狭缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹。(2)圆孔衍射:光通过小孔时(孔很小)在屏上会出现明暗相间的圆环。(3)泊松亮斑障碍物的衍射现象:各种不同形状的障碍物都能
2、使光发生衍射,使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中,放一个较小的圆形障碍物,会发现在阴影中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑。1 2 3 4 5 用单色光照射小孔,随着圆孔的逐渐减小,屏上先后有何变化?提示：圆形亮斑光源倒立的像(小孔成像)明暗相间的圆环(衍射图样)。1 2 3 4 5 3.产生明显衍射现象的条件 在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还要小的时候,就会出现明显的衍射现象。1 2 3 4 5 4.光的衍射现象和光的直线传播的关系 光的直线传播只是一种特殊情况,当光的波长比障碍物或孔小得多时,光可以看成沿直线传播;在孔或障碍物尺寸可以跟波长相比,甚至比波长还要小
3、时,衍射现象就十分明显。1 2 3 4 5 5.衍射光栅 由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多,衍射条纹的宽度越窄,亮度越大。一 二 三 一、光的直线传播是一种特殊情况 光的直线传播是一种特殊情况,具体从以下两个方面去理解:1.多数情况下,光照到较大的障碍物或小孔上时是按沿直线传播的规律传播的,在它们的后面留下阴影或光斑。如果障碍物、缝或小孔都小到与照射光的波长差不多或更小时,光就表现出明显的衍射现象,在它们的后面形成泊松亮斑、明暗相间的条纹或圆环。2.光是一种波,衍射是它基本的传播方式,但在一般情况下,由于障碍物都比较大(比起光的波长来说),衍射现象很不明显。光的传
4、播可近似地看作是沿直线传播。所以,光的直线传播只是特殊情况。特别警示衍射是波特有的一种现象,光是一种波,所以会发生衍射,只是有的明显,有的不明显而已。一 二 三 二、光的双缝干涉与单缝衍射的比较 项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 产生条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多 频率、振动方向相同,相位差恒定的两列光波相遇叠加 条纹宽度 条纹宽度不等,中央最宽 条纹宽度相等 条纹间距 各相邻条纹间距不等,越靠外条纹间距越小 各相邻条纹等间距 亮度 中间条纹最亮,两边变暗 清晰条纹,亮度基本相等 一 二 三 项目 单缝衍射 双缝干涉 相同点 成因 干涉、衍射都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时
5、加强或者削弱的结果 意义 干涉、衍射都是波特有的现象,表明光是一种波 特别警示干涉现象和衍射现象都是由于光波的叠加而产生的。对于衍射现象来说,小孔处的光源可以看成无数个子波源,它们在空间也会叠加,振动加强的点产生明条纹,振动减弱的点产生暗条纹。干涉现象中每一个小孔(缝)也能发生衍射,衍射现象中各子光源也能发生干涉,即“干中有衍,衍中有干”。我们称双缝为干涉,单缝或多缝为衍射。一 二 三 三、对单缝衍射图样的理解 1.单缝衍射图样:单色光的单缝衍射图样是相互平行的明暗条纹,但各条纹的宽度和亮度不同,中央亮条纹最亮最宽,从中央亮条纹向外,亮条纹的亮度和宽度迅速减小。2.用单色光照射狭缝,在狭缝较宽
6、时,屏上出现一条亮条纹,且缝越窄,亮条纹也越窄,因为此时狭缝宽度比波长大很多,光是沿直线传播的;当狭缝很窄时,屏中央出现一条比狭缝宽度大很多的亮条纹,两侧出现明暗相间,但间距和亮度不等的条纹;当狭缝更窄时,中央亮条纹更宽,两侧亮条纹离中央亮条纹更远,产生了明显的衍射现象。一 二 三 特别警示缝变宽,衍射角增大,距离增大,能量消耗增大,而光能分布的范围变宽,所以亮条纹的亮度降低。中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关,入射光波长越长,单缝越宽,中央亮条纹的宽度及条纹间距离就越大。用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹仍然最宽、最亮,其中最靠近中央的色光
7、是紫光,最远离中央的是红光。类型一 类型二 光的衍射现象【例1】在单缝衍射实验中,下列说法正确的是()A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄 B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄 C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽 D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽 点拨：衍射条纹的宽度与、d、l有关。、l增大,则间距增大;缝宽d变小,则间距增大。类型一 类型二 解析：当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越大;光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽,
8、故选项A、C、D正确。答案：ACD 类型一 类型二 题后反思障碍物的尺寸可以跟光的波长相比或比光的波长还要小时能产生明显的衍射。对同样的障碍物,波长越长的光,衍射现象越明显;对某种波长的光,障碍物越小,衍射现象越明显。触类旁通在单缝衍射实验中,若人用眼睛在光屏处直接观察,现象是否一样?提示：通过光屏观察衍射条纹与用眼睛直接观察衍射条纹的情况是有所不同的。当单缝到屏的距离增大时,屏上条纹间距变大,亮度变弱,条纹数目不变(屏足够大);如果用眼睛直接观察,眼睛必须靠近单缝,当略微增大眼睛与单缝距离时,观察到的条纹间距也会略大而条纹数目将减少。因为眼睛的受光面很小(相当于光屏很小),所以当眼睛与单缝的
9、距离过大时,就观察不到衍射条纹。类型一 类型二 对光的干涉和衍射现象的认识【例2】关于光的干涉和衍射现象,下列说法正确的是()A.光的干涉现象遵循波的叠加原理,衍射现象不遵循波的叠加原理 B.光的干涉条纹是彩色的,衍射条纹是黑白相间的 C.光的干涉现象说明光具有波动性,光的衍射现象不能说明这一点 D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果 点拨：准确理解光的干涉与衍射现象的产生原因,条纹形状与特点等内容是正确分析本题的关键。解析：光的干涉现象和光的衍射现象都是波的特有现象,都是光波叠加的结果,若光的干涉条纹是彩色的,则光的衍射条纹也是彩色的,只是条纹间距特点及亮度特点不同而已。答案：D 类型一 类型二 题后反思光的干涉现象与衍射现象都是波所特有的现象,但二者在产生条件、条纹形状及特点上都是有区别的,正是这种不同点才使我们能够区分这两种现象。