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4.5光的衍射
第四章 光
光的衍射
單縫衍射
圓孔衍射
圓盤衍射
01
02
03
04
目錄
CONTENTS
光的衍射
PART 1
問題1：什么是波的衍射現(xiàn)象？
波在它傳播的方向上遇到障礙物或孔時，波繞到障礙物陰影里去繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的衍射。
問題2：發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？
障礙物或孔的尺寸比波長小或者跟波長差不多就能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。（d≤λ）
我們知道，波能夠繞過障礙物發(fā)生衍射。例如，聲音能夠繞過障礙物傳播。
既然光也是一種
波，為什么在日
常生活中我們觀
察不到光的衍射，
而且常常說“光沿
直線傳播”呢？
3.光發(fā)生明顯衍射條件：
2.衍射時產(chǎn)生的明暗條紋叫衍射圖樣.
1.光的衍射：光離開直線傳播路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象.
障礙物或縫、孔的尺寸小于波長或者和波長差不多，即d ≤ λ。
4.物理意義：光的衍射現(xiàn)象證明光是一種波。
一、光的衍射
單縫衍射
PART 2
一、變力做功
激光束
調(diào)節(jié)狹縫寬窄
狹縫
像屏
取一個不透光的屏，在它的中間裝上一個寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，在狹縫后適當(dāng)距離處放一個像屏，用平行的單色光照射。
調(diào)節(jié)狹縫的寬窄，如果能在光屏上觀察到比狹縫的寬度寬得多的亮區(qū)，證明存在光的衍射現(xiàn)象。
單色光的衍射
紅光
單縫寬0.4mm
紅光
單縫寬0.8mm
藍(lán)光
單縫寬0.4mm
白光
單縫寬0.4mm
觀察下列衍射圖樣，分析單縫衍射規(guī)律：
1.單色光單縫衍射圖樣的特點：
（1）條紋不等寬；
（2）中央條紋亮而寬；
（3）兩側(cè)條紋較暗且窄，對稱分布。
2.不同縫寬時的衍射圖樣：
波長λ一定時，單縫d越窄，衍射越明顯，各級亮紋越寬越暗
二、單縫衍射
3.不同色光的衍射圖樣：
單縫不變，波長越大，衍射越明顯，中央亮紋越寬。
白光的單縫衍射條紋為中央亮，兩側(cè)為彩色條紋，分布為內(nèi)紫外紅
4.白光衍射圖樣：
單縫衍射和雙縫干涉圖樣
單縫衍射圖樣
雙縫干涉圖樣
雙縫干涉 單縫衍射
相同 不同 雙縫間距越?。▎慰p寬度越小），條紋間距越大
波長越小，條紋間距越小
單色光明暗條紋，白光彩色條紋
干涉：等距條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱較慢。
衍射：不等距條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱得很快。
5、衍射條紋和干涉條紋的區(qū)別和聯(lián)系
圓孔衍射
PART 3
1、孔較大時：
（2）路徑：幾乎沿直線傳播
2、 孔較小時：
（2）路徑：明顯衍射
（1）圖樣：清晰的光斑
（1）圖樣：中央亮圓，周圍明暗相間亮度變?nèi)醪坏染嗤膱A環(huán)。
3.白光圓孔衍射：
（1）圖樣：中央亮圓為白色，周圍是彩色相間、亮度變?nèi)?、不等距同心圓環(huán)
（2）路徑：明顯衍射
三、圓孔衍射
2.發(fā)生明顯圓孔衍射的條件:
孔的尺寸和波長相差不多或比波長還小
圓盤衍射
PART 4
不只是狹縫和圓孔，各種小或薄的物體都能使光發(fā)生衍射，歷史上一個著名的圓盤衍射圖樣——泊松亮斑．
（1）實驗：在光束中放一個不透明圓盤
（2）現(xiàn)象：在不透明圓盤的陰影后面，出現(xiàn)了一個亮斑。
1、圓盤衍射
四、圓盤衍射
1818 年，法國的巴黎科學(xué)院為了鼓勵對衍射問題的研究，懸賞征集這方面的論文。一位年輕的物理學(xué)家菲涅耳在論文中按照波動說深入研究了光的衍射。
當(dāng)時的另一位法國科學(xué)家泊松是光的波動說的反對者，他按照菲涅耳的理論計算了光在圓盤后的影的問題，發(fā)現(xiàn)對于一定的波長、在適當(dāng)?shù)木嚯x上，影的中心會出現(xiàn)一個亮斑！泊松認(rèn)為這是荒謬可笑的，并認(rèn)為這樣就駁倒了光的波動說。
但是，就在競賽的關(guān)鍵時刻，評委阿拉果在實驗中觀察到了
這個亮斑（圖 ），這樣，泊松的計算反而支持了光的波動說。
后人為了紀(jì)念這個有意義的事件，把這個亮斑稱為泊松亮斑，
也稱為阿拉果亮斑。
圓孔衍射
中央亮圓，亮環(huán)變疏
圓盤衍射(泊松亮斑）
中央亮點，亮環(huán)變疏
薄膜干涉（牛頓環(huán)）
中央黑點，亮環(huán)變密
2、圓孔、圓盤衍射、牛頓環(huán)圖樣比較
一切較小、較?。ň€度接近波長）的物體都能發(fā)生衍射。
刀片衍射
鋼針的衍射
3、其它小、薄物體的衍射
鋼針和刀片的影子輪廓模糊不清，是光通過物體邊緣發(fā)生衍射的結(jié)果．
衍射光柵
PART 5
一、變力做功
狹縫的個數(shù)越多，衍射條紋的寬度越窄，亮度越高。
（1）透射光柵：在一塊平整玻璃片上刻出一系列等寬等距的平行刻痕，
刻痕產(chǎn)生漫反射而不太透光，未刻的部分相當(dāng)于透光的狹縫。
（2）反射光柵：在高反射率的金屬上刻痕。
1、衍射光柵：由許多等寬狹縫 等距離排列起來形成的光學(xué)元件。
五、衍射光柵
（1）透射光柵 ：光通過光柵的透明部分發(fā)生衍射，常用于光譜儀等設(shè)備中。
（2）反射光柵 ：光通過光柵的反射面發(fā)生衍射，廣泛應(yīng)用于高反射率金屬基板上。
2、各種用途的衍射光柵
當(dāng)光線從合適的角度照射到這個斷面時，就會發(fā)生一種光學(xué)效應(yīng)，叫做反射式光柵衍射。
熟牛肉的反射式光柵衍射
光盤的彩色反光
電腦光盤的彩色反光，來自螺旋形排列的凹槽反射光的衍射。
例1、如圖所示是單色光通過游標(biāo)卡尺兩測量爪間
的狹縫后在光屏上呈現(xiàn)的三種圖像。當(dāng)游標(biāo)卡尺兩
測量爪間的狹縫寬度從0.8 mm逐漸變小時,光屏上
的圖像的順序是 (　　)
A.abc　　B.cba　　C.bac　　D.cab
A
例2、(2023廣東江門廣雅中學(xué)月考)某小組用激光束照射
不同直徑的圓孔和不透明圓板后,拍攝了許多屏上的圖樣,
圖甲和圖乙是小組拍攝的圖樣中的兩張,下列說法正確的
是 (　　)
A.圖甲為著名的“泊松亮斑”
B.圖甲和圖乙都是光線照射到圓孔后的衍射圖樣,圖甲中孔
的直徑較小
C.圖甲和圖乙都是光線照射到圓板后的衍射圖樣,圖乙中板
的直徑較小
D.圖甲是光線照射到圓孔后的衍射圖樣,圖乙是光線照射到
圓板后的衍射圖樣
D
例3、(2024山西運城康杰中學(xué)月考改編)如圖甲所示,在抽絲機的細(xì)
絲出口附近,用一束激光沿與細(xì)絲垂直的方向照射細(xì)絲,在細(xì)絲的另一
側(cè)用光屏接收激光。通過觀察光屏上明暗相間亮斑的情況(如圖乙所
示),便可知道抽制出的細(xì)絲粗細(xì)是否合格。對于這種裝置,下列說法
中正確的是 (　　)
A.這是利用光的直線傳播規(guī)律
B.這是利用光的干涉現(xiàn)象
C.如果屏上條紋變寬,表明細(xì)絲細(xì)了
D.以上說法都不對
C
例4.(2024河北石家莊聯(lián)考)如圖1所示,等腰△ABC為一棱鏡的橫截
面,AB=AC;一平行于BC邊的細(xì)光束從AB邊射入棱鏡,在BC邊經(jīng)過
一次反射后從AC邊射出,出射光分成了不同顏色的甲、乙兩束光。
圖2是這兩束光分別通過相同的雙縫和單縫裝置后形成的圖樣,下列
說法正確的是 (　　)
A.甲光的波長比乙光的短
B.甲光在棱鏡中的傳播速度比乙光的小
C.圖2中a是乙光的干涉圖樣
D.圖2中c是甲光的衍射圖樣
D
例5、在光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后，分別得到如下四幅圖樣，以下說法正確的是（　?。?br/>A．甲是雙縫干涉圖樣、丁是小圓板“泊松亮斑”衍射圖樣
B．乙是單縫衍射圖樣、丙是小圓板“泊松亮斑”衍射圖樣
C．甲是雙縫干涉圖樣、丁是小圓孔衍射圖樣
D．乙是雙縫干涉圖樣、丙是小圓孔衍射圖樣
A
A.圖甲:光經(jīng)過大頭針尖時的圖樣
B.圖乙:用X射線拍攝的DNA晶體的圖樣
C.圖丙:白光照射肥皂膜呈現(xiàn)出彩色條紋的圖樣
D.圖丁:用光照射不透明的小圓盤，其背后陰影中心出現(xiàn)亮斑的圖樣
例5.下列四幅圖都反映了光的特性，其中一個與其他圖片所包含的原理不同的是( )
C
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謝
聆
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