高二物理选修3-4光的衍射课件.ppt

1、五、光的衍射五、光的衍射红光波长最红光波长最大大，紫光波长最，紫光波长最小小复习复习1、光的干涉图样有何特征？、光的干涉图样有何特征？2、不同颜色的光相邻条纹间距有何不同？、不同颜色的光相邻条纹间距有何不同？3、光的颜色由什么决定的呢？、光的颜色由什么决定的呢？1 1、光的颜色是由电磁波的频率决定的光的颜色是由电磁波的频率决定的 2 2、不同频率的色光在真空中波速相同，在介质、不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同中波速不同 3 3、同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，、同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变波长和波速都要改变 4 4、在同一介质中，频率越高，

2、波速越小、在同一介质中，频率越高，波速越小几点强调几点强调 光的干涉现象反映了光的波动性，而波动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，光是否具有衍性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？活中我们没有观察到光的衍射现象呢？水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？光的衍射光的衍射 一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件发生明显衍射的条件是障碍障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不

3、多 取一个不透光的屏，取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个缝后适当距离处放一个像屏像屏 激激光光束束像屏衍射的条件衍射的条件单缝衍射单缝衍射单击画面观看录像单击画面观看录像单缝衍射条纹的特征单缝衍射条纹的特征图样特征图样特征1 1、中央亮纹宽而亮、中央亮纹宽而亮2 2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗不同波长的单缝衍射不同波长的单缝衍射观察下列衍射图样，分析衍射规律：观察下列衍射图样，分析衍射规律：不同缝宽的单缝衍射不同缝宽的单缝衍射不

4、同色光的单缝衍射不同色光的单缝衍射图样分析图样分析 1 1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大纹间距大 2 2、单缝不变时，光波越长的（红光）中央亮单缝不变时，光波越长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大纹越宽，条纹间隔越大 3 3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色紫色单缝衍射规律单缝衍射规律圆孔衍射圆孔衍射ABS1 1、孔较大时、孔较大时屏屏上出现清晰的光斑上出现清晰的光斑 2 2、 孔较小时孔较小时屏屏上出现衍射花样上出现

5、衍射花样明暗相间的间距不等的同心圆环明暗相间的间距不等的同心圆环 3.3.圆屏衍射圆屏衍射泊松亮斑：光照在一个不透明的小圆板上，光泊松亮斑：光照在一个不透明的小圆板上，光绕过板的边缘，在屏的中心叠加形成一个亮绕过板的边缘，在屏的中心叠加形成一个亮斑斑明暗相间的间距不等的同心圆环，中心有一明暗相间的间距不等的同心圆环，中心有一“泊松亮斑泊松亮斑”圆屏衍射圆屏衍射 18181818年，当法国物理学家菲汉耳提出光的年，当法国物理学家菲汉耳提出光的波动理论时，著名数学家泊松根据菲涅耳的波动理论时，著名数学家泊松根据菲涅耳的理论推算出：把一个不透光的小的圆盘状物理论推算出：把一个不透光的小的圆盘状物放在

6、光束中，在距这个圆盘一定距离的像屏放在光束中，在距这个圆盘一定距离的像屏上，圆盘的阴影中心应当出现一个亮斑人上，圆盘的阴影中心应当出现一个亮斑人们从未看过和听说过这种现象，因而认为这们从未看过和听说过这种现象，因而认为这是荒谬的，所以泊松兴高采烈地宣称他驳倒是荒谬的，所以泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅耳的波动理论，菲涅耳接受了这一挑了菲涅耳的波动理论，菲涅耳接受了这一挑战，精心研究，战，精心研究，“奇迹奇迹”终于出现了，实验终于出现了，实验证明圆盘阴影中心确实有一个亮斑，这就是证明圆盘阴影中心确实有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑著名的泊松亮斑 光沿直线传播只是一个近似的规律：当光光沿直线传播只

7、是一个近似的规律：当光的波长比障碍物或孔的尺寸小得多时，可认为的波长比障碍物或孔的尺寸小得多时，可认为光是沿直线传播的，当光的波长与障碍物或孔光是沿直线传播的，当光的波长与障碍物或孔的尺寸可以相比拟时将产生明显的衍射现象的尺寸可以相比拟时将产生明显的衍射现象光的衍射现象再次证明光是一种波光的衍射现象再次证明光是一种波干涉与衍射条纹的关系干涉与衍射条纹的关系 光的干涉现象和衍射现象都是光具有波动性的光的干涉现象和衍射现象都是光具有波动性的有力的实验证据它们都是由于光的叠加而产有力的实验证据它们都是由于光的叠加而产生的，但两者的条纹却有如下区别：双缝干涉生的，但两者的条纹却有如下区别：双缝干涉的条

8、数较多，明的条数较多，明( (或暗或暗) )条纹的间距相等，各亮条纹的间距相等，各亮条纹的亮度差别较小；单缝衍射的条纹的条数条纹的亮度差别较小；单缝衍射的条纹的条数较少，明较少，明( (或暗或暗) )条纹的间距不等，中央亮条纹条纹的间距不等，中央亮条纹最亮最宽，两侧亮条纹较暗较窄最亮最宽，两侧亮条纹较暗较窄例例1 1下列现象属于干涉现象的是下列现象属于干涉现象的是_，属于衍射现象的是属于衍射现象的是_，属于色散现象的，属于色散现象的是是_ A A雨后彩虹雨后彩虹 B B蝉翼翅膀上的彩色蝉翼翅膀上的彩色 CC用力压紧玻璃板可看到彩色花纹用力压紧玻璃板可看到彩色花纹 D D透过绸布看灯光可看到花纹

9、透过绸布看灯光可看到花纹 E E眯起眼睛看灯丝，灯丝被拉长眯起眼睛看灯丝，灯丝被拉长 F F通过放大镜看物体，物体的边缘是彩色通过放大镜看物体，物体的边缘是彩色的的解析：区分干涉，衍射和色散的方法是分析装解析：区分干涉，衍射和色散的方法是分析装置的结构特点，厚的不平行透明体是色散，双置的结构特点，厚的不平行透明体是色散，双缝和薄膜是干涉，单缝、单孔、单丝、多缝、缝和薄膜是干涉，单缝、单孔、单丝、多缝、多孔、多丝是衍射，所以属于色散的是多孔、多丝是衍射，所以属于色散的是A A 、F F ；属于干涉的是属于干涉的是 B B、 C C ；属于衍射的是；属于衍射的是D D 、E E 例例2.2.对于单

10、缝衍射现象，以下说法正确的是对于单缝衍射现象，以下说法正确的是 ( )( ) A A缝的宽度缝的宽度d d越小，衍射条纹越亮越小，衍射条纹越亮 B B缝的宽度缝的宽度d d越小，衍射现象越明显越小，衍射现象越明显 CC缝的宽度缝的宽度d d越小，光的传播路线越接近直线越小，光的传播路线越接近直线 D D入射光的波长越短，衍射现象越明显入射光的波长越短，衍射现象越明显解析解析: :产生明显的衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺产生明显的衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸跟波长差不多，或者比波长小由于光波波长都是寸跟波长差不多，或者比波长小由于光波波长都是很短，所以在单缝衍射现象中，缝的宽度很短，所以

11、在单缝衍射现象中，缝的宽度d d越小，衍越小，衍射现象越明显所以射现象越明显所以B B答案是正确的缝的宽度答案是正确的缝的宽度d d越小，越小，透过缝的光的能量越小，亮度也越小，故透过缝的光的能量越小，亮度也越小，故A A错缝的错缝的宽度宽度d d越小，越容易发生衍射，即容易偏离直线路径越小，越容易发生衍射，即容易偏离直线路径绕到障碍物阴影中去，故绕到障碍物阴影中去，故CC错，在缝的宽度错，在缝的宽度d d不变的不变的情况下，入射光波长越短，越不容易发生衍射现象，情况下，入射光波长越短，越不容易发生衍射现象，故故D D错所以正确答案应选错所以正确答案应选B B 例例3.3.使太阳光垂直照射到一

12、块遮光板上，板上有可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：以看到几种不同的现象，试把下列现象依次排列： A A圆形光斑圆形光斑 B B明暗相间的彩色条纹明暗相间的彩色条纹 CC变暗变暗消失消失 D D正方形光斑正方形光斑 E E正方形光斑由大变小正方形光斑由大变小 解析解析: :由于光的波长很短，因此当孔很大时，不会使光由于光的波长很短，因此当孔很大时，不会使光发生明

13、显的衍射现象，此时光的传播可看做直线，可发生明显的衍射现象，此时光的传播可看做直线，可在屏上得到孔的影；当孔继续减小时，虽不能使光发在屏上得到孔的影；当孔继续减小时，虽不能使光发生明显的衍射现象，但可以在屏上成一太阳的像；孔生明显的衍射现象，但可以在屏上成一太阳的像；孔继续减小时，光开始发生明显的衍射现象，出现明暗继续减小时，光开始发生明显的衍射现象，出现明暗相间的彩色条纹；孔进一步减小直至闭合，则由于进相间的彩色条纹；孔进一步减小直至闭合，则由于进光量的减小而使光线变暗消失光量的减小而使光线变暗消失 答案答案 : :正确的顺序是：正确的顺序是：D D、E E、A AD DCC点拨点拨: :弄

14、清光的直线传播规律，小孔成像的原理，光弄清光的直线传播规律，小孔成像的原理，光波发生明显衍射现象的条件波发生明显衍射现象的条件例例4 4在做单缝衍射实验中，下列说法中正确的是在做单缝衍射实验中，下列说法中正确的是A A将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄B B使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄CC换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D D增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽解析：当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明解析：当单缝宽度一定时，波长

15、越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距越大；显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距越大；当光的波长一定时，单缝宽度越小衍射现象越明显，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、单缝的宽度也一定时，条纹间距越大；光的波长一定、单缝的宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽故答增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽故答案为案为ACDACD【同步练习同步练习】1 1用红光进行双缝干涉实验时用红光进行双缝干涉实验时( (缝极窄缝极窄) )，如，如果用不透光的纸遮住一个缝，则屏上出现的是果用不透光的纸遮住一个缝，则屏上出现的是A A一

16、片黑暗一片黑暗B B一片红光一片红光 CC原干涉条纹形状不变，但亮度减弱原干涉条纹形状不变，但亮度减弱 D D不等间距的红黑相间的条纹不等间距的红黑相间的条纹答案：答案：D D解析：屏上将出现红光的单缝衍射图样，即解析：屏上将出现红光的单缝衍射图样，即不等间距的红、黑相间的条纹不等间距的红、黑相间的条纹2 2以下关于光现象的说法正确的是以下关于光现象的说法正确的是A A一个面光源发出的光经较大的障碍物后在屏上一个面光源发出的光经较大的障碍物后在屏上的影有本影和半影，这是光发生衍射的结果的影有本影和半影，这是光发生衍射的结果B B把两支铅笔捏紧，通过中央的细缝去观察日光把两支铅笔捏紧，通过中央的

17、细缝去观察日光灯，会看到彩色条纹，这是光发生衍射的结果灯，会看到彩色条纹，这是光发生衍射的结果CC白光通过单缝衍射时，偏离中央亮纹最远的是白光通过单缝衍射时，偏离中央亮纹最远的是红光红光D D一束平行白光经凸透镜折射后，在其后的屏上一束平行白光经凸透镜折射后，在其后的屏上也会看到彩色的亮环，这是光发生衍射的结果也会看到彩色的亮环，这是光发生衍射的结果 答案：答案：BCBC解析：选项解析：选项A A是由光的直线传播产生的；选项是由光的直线传播产生的；选项B B是是光的衍射产生的；选项光的衍射产生的；选项CC是因为白光中红色光的波长是因为白光中红色光的波长最长，亮纹最宽，故偏离中央亮纹最远；选项最

18、长，亮纹最宽，故偏离中央亮纹最远；选项D D是色是色散现象散现象3 3下面哪些现象属于光的衍射现象下面哪些现象属于光的衍射现象A A雨后美丽的彩虹雨后美丽的彩虹B B对着日光灯从两铅笔的缝中看到的色彩条纹对着日光灯从两铅笔的缝中看到的色彩条纹CC阳光下肥皂膜上的彩色条纹阳光下肥皂膜上的彩色条纹D D光通过三棱镜产生的色彩条纹光通过三棱镜产生的色彩条纹 答案：答案：B B解析：雨后的彩虹和光通过三棱镜产生的彩解析：雨后的彩虹和光通过三棱镜产生的彩色条纹都是由于光的色散而形成的，是光的折色条纹都是由于光的色散而形成的，是光的折射现象；阳光下肥皂膜上的彩色条纹是光的薄射现象；阳光下肥皂膜上的彩色条纹

19、是光的薄膜干涉现象；对着日光灯从两铅笔的缝中看到膜干涉现象；对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹是单缝衍射现象的彩色条纹是单缝衍射现象4 4点光源照射到一个障碍物，屏上所形成点光源照射到一个障碍物，屏上所形成的阴影的边缘部分模糊不清，产生的原因是的阴影的边缘部分模糊不清，产生的原因是A A光的反射光的反射B B光的折射光的折射CC光的干涉光的干涉D D光的衍射光的衍射 答案：答案：D D解析：光在传播过程中遇到障碍物，要发生解析：光在传播过程中遇到障碍物，要发生衍射，进到阴影部分去，只是障碍物太大时，衍射，进到阴影部分去，只是障碍物太大时，衍射现象不明显，所以只在障碍物影子边缘出衍射现象不明

20、显，所以只在障碍物影子边缘出现不太显著的衍射现象，使影子边缘的轮廓模现不太显著的衍射现象，使影子边缘的轮廓模糊不清糊不清5 5关于衍射下列说法正确的是关于衍射下列说法正确的是A A衍射现象中衍射花样有暗条纹的出现是光衍射现象中衍射花样有暗条纹的出现是光的叠加的结果的叠加的结果B B双缝干涉中也存在着光的衍射现象双缝干涉中也存在着光的衍射现象CC影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实事实D D一切波都可以产生衍射一切波都可以产生衍射 答案：答案：ABDABD解析：衍射条纹是叠加产生的，衍射条纹的范解析：衍射条纹是叠加产生的，衍射条纹的范围远远超出了直线传播的

21、区域，围远远超出了直线传播的区域，A A、B B正正确衍射是波特有的现象，确衍射是波特有的现象，D D正确正确 6 6在用单色平行光照射单缝以观察衍射现象在用单色平行光照射单缝以观察衍射现象时，下面说法正确的是时，下面说法正确的是A A缝越窄，衍射现象越明显缝越窄，衍射现象越明显B B缝越宽，衍射现象越明显缝越宽，衍射现象越明显CC照射光的波长越短，衍射现象越明显照射光的波长越短，衍射现象越明显D D照射光的波长越长，衍射现象越明显照射光的波长越长，衍射现象越明显 答案：答案：ADAD解析：由于可见光的波长非常短，一般为微解析：由于可见光的波长非常短，一般为微米数量级，所以，当缝越窄时衍射现象越明显，米数量级，所以，当缝越窄时衍射现象越明显，对光波言，波长越长的光，其衍射越容易发生，对光波言，波长越长的光，其衍射越容易发生，现象越明显，故现象越明显，故A A、D D是正确的是正确的小结小结 1、产生明显衍射的条件：障碍物（或孔）的尺寸比波长小或和波长差不多。注：障碍物（或孔）的尺寸越小衍射现象越明显，但亮度减小。注：障碍物（或孔）的尺寸越小衍射现象越明显，但亮度减小。2、衍射图样：中央亮条纹（最亮最宽）、两侧条纹窄 、关于中央对称3、常见的衍射现象4、白光的衍射 彩色条纹