4.5 光的衍射 課件-高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)

新人教版選擇性必修一第四章光第五節(jié)光的衍射新課引入

通過前面的學(xué)習(xí)我們知道，波能夠繞過障礙物發(fā)生衍射，如水波、聲波等。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？學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射1.實(shí)驗(yàn)演示學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射1.實(shí)驗(yàn)演示

在擋板上安裝一個(gè)寬度可調(diào)的狹縫，縫后放一個(gè)光屏。用單色平行光照射狹縫，我們看到，當(dāng)縫比較寬時(shí)，光沿著直線通過狹縫，在屏上產(chǎn)生一條與縫寬相當(dāng)?shù)牧翖l紋。但是，當(dāng)縫調(diào)到很窄時(shí)，盡管亮條紋的亮度有所降低，但是寬度反而增大了，而且還出現(xiàn)了明暗相間的條紋。一、光的衍射

這表明，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當(dāng)寬的地方。這就是光的衍射現(xiàn)象。學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射2.光的衍射現(xiàn)象1.波長一定時(shí)，單縫越窄,中央條紋越寬，各條紋間距越大．(衍射越明顯)2.單縫不變時(shí)，波長大的中央亮紋越寬，條紋間隔越大(衍射越明顯)3.白光的單縫衍射條紋為中央亮,兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色．二、單縫衍射條紋學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射3.單縫衍射圖樣的規(guī)律干涉：等距的明暗相間的條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱較慢。

衍射：中央有一條較寬亮條紋，兩邊是對(duì)稱明暗相間的條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱得很快。

（雙縫）干涉圖樣（單縫）衍射圖樣雙縫間距越小，條紋間距越大單縫寬度越小，條紋間距越大（單色光）波長越小，條紋間距越小（單色光）波長越小，條紋間距越小單色光形成明暗條紋，白光形成彩色條紋單色光形成明暗條紋，白光形成彩色條紋學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射4.干涉、衍射圖樣的區(qū)別四、圓孔衍射學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射5.圓孔衍射實(shí)驗(yàn)新課講授學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射5.圓孔衍射實(shí)驗(yàn)孔較大時(shí)——屏上出現(xiàn)清晰的光斑AS幾乎沿直線傳播學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射6.圓孔衍射現(xiàn)象孔較小時(shí)——屏上出現(xiàn)衍射花樣（亮暗相間的不等間距的圓環(huán)，這些圓環(huán)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了光沿直線傳播所能照明的范圍）原因:來自單縫或圓孔上不同位置的光，在屏上疊加的結(jié)果.以中央最亮的光斑為圓心的逐漸變暗的不等距的同心圓學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射6.圓孔衍射現(xiàn)象光在沒有障礙物的均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，在障礙物的尺寸比光的波長大得多的情況下，衍射現(xiàn)象不明顯，也可以近似認(rèn)為光是沿直線傳播的。在障礙物的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯，這時(shí)就不能說光沿直線傳播了學(xué)習(xí)任務(wù)一：光的衍射7.光明顯衍射的條件不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，歷史上曾有一個(gè)著名的衍射圖樣——泊松亮斑．實(shí)驗(yàn)：在光束中放一個(gè)不透明圓盤現(xiàn)象：在不透明圓盤的陰影后面，出現(xiàn)了一個(gè)亮斑。泊松亮斑中心有小亮斑拓展1：圓盤衍射拓展1：圓盤衍射不同點(diǎn)：③圓孔衍射的背景是黑暗的,而圓盤衍射圖樣中的背景是明亮的。②圓孔衍射亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而增大,圓盤衍射亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減?。粓A孔衍射圓盤衍射相同點(diǎn)：均是明暗相間的光環(huán),中心均有亮斑①圓孔衍射中心亮斑較大,而泊松亮斑較?。煌卣?：圓孔衍射與圓盤衍射不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊不清，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的結(jié)果．圓屏衍射圓孔衍射鋼針的衍射拓展3：光的衍射現(xiàn)象1.結(jié)構(gòu)由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學(xué)儀器．2.衍射圖樣特點(diǎn)與單縫衍射相比，增加條紋個(gè)數(shù)，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加．六、衍射光柵學(xué)習(xí)任務(wù)二：光柵新課講授3.用羽毛做光柵衍射實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)任務(wù)二：光柵1818年，法國的巴黎科學(xué)院為了鼓勵(lì)對(duì)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(dòng)說深入研究了光的衍射。當(dāng)時(shí)的另一位法國科學(xué)家泊松是光的波動(dòng)說的反對(duì)者，他按照菲涅耳的理論計(jì)算了光在圓盤后的影的問題，發(fā)現(xiàn)對(duì)于一定的波長、在適當(dāng)?shù)木嚯x上，影的中心會(huì)出現(xiàn)一個(gè)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(dòng)說。但是，就在競(jìng)賽的關(guān)鍵時(shí)刻，評(píng)委阿拉果在實(shí)驗(yàn)中觀察到了這個(gè)亮斑（圖），這樣，泊松的計(jì)算反而支持了光的波動(dòng)說。后人為了紀(jì)念這個(gè)有意義的事件，把這個(gè)亮斑稱為泊松亮斑，也稱為阿拉果亮斑。泊松亮斑趣事科學(xué)漫步晶體中原子的排列是規(guī)則的，原子間距與X射線波長接近。這使得X射線照射在晶體上會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。衍射圖樣中斑點(diǎn)的強(qiáng)度和位置包含著有關(guān)晶體的大量信息。因此，人們可以利用X射線衍射探測(cè)晶體的結(jié)構(gòu)（圖）。X射線衍射與雙螺旋X射線晶體衍射實(shí)驗(yàn)示意圖科學(xué)漫步1912年，德國科學(xué)家勞厄觀測(cè)到了這種衍射現(xiàn)象。在當(dāng)時(shí)人們并不確信X射線是一種電磁波，也不確信晶體是由周期性排列的原子組成的。勞厄的觀測(cè)，同時(shí)證實(shí)了X射線的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部的原子點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，被愛因斯坦譽(yù)為物理學(xué)中最美的實(shí)驗(yàn)。勞厄因此獲得了1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。之后，英國物理學(xué)家布拉格父子深入研究了利用X射線測(cè)量和分析晶體結(jié)構(gòu)的方法。他們的工作奠定了這一技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)，為此，布拉格父子共同獲得了1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。今天，X射線衍射已經(jīng)成為人們探測(cè)晶體和大分子結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)手段之一，被廣泛應(yīng)用于物理學(xué)和生物學(xué)等許多領(lǐng)域。這一技術(shù)所帶來的最重要成果之一，就是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。X射線衍射與雙螺旋科學(xué)漫步

在20世紀(jì)50年代，生物學(xué)家已經(jīng)知道DNA是細(xì)胞中攜帶遺傳信息的物質(zhì)，下一步就是要搞清楚DNA的結(jié)構(gòu)，從而確定它的化學(xué)作用。從1951年開始，英國物理學(xué)家威爾金斯和富蘭克林研究了DNA對(duì)X射線的衍射，獲得了一系列DNA纖維的X射線衍射圖樣（圖）。英國卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（主任為小布拉格）的美國生物學(xué)家沃森和英國生物學(xué)家克里克則根據(jù)這些數(shù)據(jù)提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。這是生物學(xué)史上劃時(shí)代的事件。它宣告了分子生物學(xué)的誕生，標(biāo)志著生物學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了分子水平。沃森、克里克和威爾金斯因此獲得了1962年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。X射線衍射與雙螺旋科學(xué)漫步1.觀察單縫衍射現(xiàn)象時(shí),把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm,看到的現(xiàn)象是(

)A.衍射條紋的間距逐漸變小,衍射現(xiàn)象逐漸不明顯B.衍射條紋的間距逐漸變大,衍射現(xiàn)象越來越明顯C.衍射條紋的間距不變,只是亮度增強(qiáng)D.以上現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生A當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練三、折射率2.一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板,在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋,現(xiàn)將其中一條窄縫擋住,讓這束紅光只通過一條窄縫,則在光屏上可以看到(

)A.與原來相同的明暗相間的條紋,只是明條紋比原來暗些B.與原來不相同的明暗相間的條紋,而中央明條紋變寬些C.只有一條與縫寬對(duì)應(yīng)的明條紋D.無條紋,只存在一片紅光B當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練3.用紅光、藍(lán)光分別做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),用黃光、紫光分別做單縫衍射實(shí)驗(yàn),得到的圖樣如圖所示(黑色部分表示亮紋).在四個(gè)圖中從左往右排列,亮條紋的顏色依次是 (

)A.紅、黃、藍(lán)、紫B.紅、紫、藍(lán)、黃C.藍(lán)、紫、紅、黃 D.藍(lán)、黃、紅、紫B

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練4.利用圖甲所示的裝置,觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象,在光屏上得到圖乙和圖丙兩種圖樣.則 (

)A.乙對(duì)應(yīng)單縫,丙對(duì)應(yīng)雙縫B.乙對(duì)應(yīng)雙縫,丙對(duì)應(yīng)單縫C.都是單縫,乙對(duì)應(yīng)的縫寬較大D.都是雙縫,乙的雙縫間距較大[解析]單縫衍射圖樣為中央亮紋最寬最亮,往兩邊變窄,雙縫干涉圖樣是明暗相間的條紋,條紋間距相等,條紋寬度相等,結(jié)合圖乙、丙可知,乙對(duì)應(yīng)單縫,丙對(duì)應(yīng)雙縫,A正確,B、C、D錯(cuò)誤.A當(dāng)堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練5.讓太陽光垂直照射一塊大的遮光板,板上有一個(gè)可以自由收縮的三角形孔,當(dāng)此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時(shí),在孔后的屏上將先后出現(xiàn)

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A.由大變小的三角形光斑,直至光斑消失B.由大變小的三角形光斑,明暗相間的彩色條紋,直至條紋消失C.由大變小的三角形光斑,明暗相間的黑白色條紋,直至黑白色條紋消失D.由大變小的三角形光斑