4.5 光的衍射 課件 高二物理人教版（2019）選擇性必修1

第5節(jié)光的衍射第四章

光思考：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(shuō)“光沿直線傳播”呢？光是否也能發(fā)生衍射呢？波在它傳播的方向上遇到障礙物或孔時(shí)，波能繞到障礙物陰影里去繼續(xù)傳播，這屬于波的衍射現(xiàn)象。1、知道光的衍射現(xiàn)象和產(chǎn)生明顯衍射的條件。2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察單縫衍射現(xiàn)象，并可以區(qū)分幾種不同的衍射圖樣。3、能解釋衍射圖樣的形成并初步了解衍射光柵。知識(shí)點(diǎn)一、光的衍射激光束調(diào)節(jié)狹縫寬窄狹縫像屏取一個(gè)不透光的屏，在它的中間裝上一個(gè)寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，在縫后適當(dāng)距離處放一個(gè)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)，就證明了光的衍射現(xiàn)象存在。1.定義光離開直線傳播路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射現(xiàn)象。衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗條紋叫衍射圖樣。思考：類比波發(fā)生明顯衍射的條件，思考光發(fā)生明顯衍射的條件。2.發(fā)生明顯衍射的條件障礙物或孔的尺寸與光的波長(zhǎng)相差不大,甚至比光的波長(zhǎng)還小。3.單縫衍射在擋板上安裝一個(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。當(dāng)縫比較寬時(shí)，光沿著直線通過(guò)狹縫，在屏上產(chǎn)生一條與縫寬相當(dāng)?shù)牧翖l紋。當(dāng)縫很窄時(shí),光沒(méi)有沿直線傳播,它繞過(guò)了縫的邊緣,傳播到了障礙物后面的相當(dāng)寬的地方，這就是光的衍射?！疽曨l：光的單縫衍射】（1）單縫衍射產(chǎn)生的圖樣紅光單縫寬0.4mm紅光單縫寬0.8mm狹縫較窄的地方，衍射后在屏上產(chǎn)生的中央亮條紋較寬。②如果用白光做上述實(shí)驗(yàn)，得到的條紋是彩色的①紅光的衍射條紋白光的單縫衍射條紋（2）單縫衍射條紋的特點(diǎn)①一些明暗相間的條紋,中央條紋最寬、最亮,離中央條紋越遠(yuǎn),亮條紋的寬度越窄,亮度越小。②縫變窄,通過(guò)的光變少,而光分布的范圍更寬,所以亮條紋的亮度降低。③中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長(zhǎng)及單縫寬度有關(guān)。入射光波長(zhǎng)越長(zhǎng),單縫越窄,中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。④用白光做單縫衍射時(shí),中央亮條紋是白色的,兩邊是彩色條紋,中央亮條紋仍然最寬最亮。（3）干涉條紋與衍射條紋的區(qū)別雙縫干涉單縫衍射①條紋寬度單縫衍射：條紋寬度不等，中央條紋最寬。雙縫干涉：條紋寬度相等。②條紋間距單縫衍射:各相鄰條紋間距不等；雙縫干涉:各相鄰條紋等間距。③條紋亮度單縫衍射:中央條紋最亮，越向兩側(cè)條紋越暗;雙縫干涉:各條紋亮度基本相同。雙縫干涉單縫衍射4.圓孔衍射AB（2）當(dāng)擋板AB上的圓孔很小時(shí),光屏上出現(xiàn)圖乙所示的衍射圖樣,出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。（1）如圖所示,當(dāng)擋板AB上的圓孔較大時(shí),光屏上出現(xiàn)圖甲所示的情形,無(wú)明顯的衍射現(xiàn)象發(fā)生;這是由于來(lái)自單縫或圓孔上不同位置的光，通過(guò)縫或孔之后疊加時(shí)加強(qiáng)或者削弱的結(jié)果。各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現(xiàn)明暗相間的條紋。思考：為什么在單縫衍射和圓孔衍射的照片中，都有一些亮條紋和暗條紋？知識(shí)拓展圓板衍射（泊松亮斑）在光束中放一個(gè)不透明圓盤,在不透明圓盤的陰影后面，出現(xiàn)了一個(gè)亮斑。泊松亮斑泊松亮斑趣事

1818年，法國(guó)的巴黎科學(xué)院為了鼓勵(lì)對(duì)衍射問(wèn)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(shuō)深入研究了光的衍射。當(dāng)時(shí)的另一位法國(guó)科學(xué)家泊松是光的波動(dòng)說(shuō)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(wèn)題，發(fā)現(xiàn)對(duì)于一定的波長(zhǎng)、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(shuō)。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,這樣，泊松的計(jì)算反而支持了光的波動(dòng)說(shuō)。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。1.關(guān)于衍射，下列說(shuō)法中正確的是（）A．衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后產(chǎn)生的后果B．雙縫干涉中不存在光的衍射現(xiàn)象C．一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．陽(yáng)光下黑影的存在是一個(gè)與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實(shí)A練一練2.用如圖1所示裝置做圓孔衍射實(shí)驗(yàn)，在屏上得到的衍射圖樣如圖2所示，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，光繞過(guò)孔的邊緣，傳播到了相當(dāng)大的范圍。下列說(shuō)法正確的是（）A．此實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了光沿直線傳播B．圓孔變小，衍射圖樣的范圍反而變大C．圓孔變小，中央亮斑和亮紋的亮度反而變大D．用不同波長(zhǎng)的光做實(shí)驗(yàn)，衍射圖樣完全相同B圖1圖2知識(shí)點(diǎn)二、衍射光柵1.衍射光柵結(jié)構(gòu)由許多等寬的狹縫等距離地排列起來(lái)形成的光學(xué)元件。2.衍射光柵圖樣的特點(diǎn)與單縫衍射相比,衍射條紋的寬度變窄,亮度增加。3．衍射光柵的種類①反射光柵：在高反射率的金屬上刻痕，就可以做成反射光柵。②透射光柵：在一塊很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，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，這樣就做成了透射光柵。透射光柵思考：衍射光柵和單縫衍射有何區(qū)別？為什么衍射光柵明條紋亮度增加？（1）衍射光柵是由許多等寬的狹縫等距離地排列起來(lái)形成的光學(xué)元件，而每一條單縫都發(fā)生衍射現(xiàn)象，在屏幕上呈現(xiàn)衍射圖樣，各個(gè)單縫發(fā)出的衍射光又是彼此相干的，又會(huì)產(chǎn)生干涉，總體的衍射光柵的條紋是單縫衍射和縫間干涉的總效果。（2）衍射光柵是由許多單縫衍射，各個(gè)單縫發(fā)出的衍射光又是彼此產(chǎn)生干涉的效果，狹縫的個(gè)數(shù)越多，加強(qiáng)效果增加，光柵的多光束形成的明條紋亮度也增加。1.（多選）關(guān)于光柵,下列說(shuō)法正確的是(

)A.增加光柵的狹縫的個(gè)數(shù),亮條紋變窄B.增加光柵的狹縫的個(gè)數(shù),亮條紋變寬C.