4.5 光的衍射课件-2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

五、光的衍射 红光波长最大 (同一装置实验，相邻明 纹间距最大），紫光波长最小 复习 1、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？ 3、光的颜色由什么决定的呢？ 由公式可知：红光的干涉条纹间距最大，紫光最小 1、光的颜色是由频率决定的． 2、不同频率的色光在真空中波速相同，在同一介质中波速不同． 3、同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波速和波长都要改变． 4、在同一介质中，频率越高，波速越小． 几点强调 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，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”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 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是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小 取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个光屏 ． 激光束 光屏 衍射的条件 单缝衍射 单击画面观看录像 单缝衍射条纹的特征 图样特征 1、中央亮纹宽而亮． 2、两侧窄而暗，两侧条纹具有对称性， 不同波长的单缝衍射 观察下列衍射图样，分析衍射规律： 不同缝宽的单缝衍射 白光的单缝衍射 中央宽而亮、两侧窄而暗 缝宽越小，衍射现象越明显中央亮纹越宽 波长越大，衍射现象越明显中央亮纹越宽 圆孔衍射 A B S 1、孔较大时——屏上出现清晰的光斑 3、 孔小到与光波波长差不多时——屏上出现衍射花样 明暗相间的间距不等的同心圆环 2、 孔较小时——小孔成像 在单缝衍射和圆孔衍射的照片中，都有一些亮条纹和暗条纹。这是由于来自单缝或圆孔上不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果。 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹 对衍射现象的研究表明，光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可以近似认为光是沿直线传播的。但是，在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显，这时就不能说光沿直线传播了。 光的衍射现象再次证明光是一种波． 五、圆盘衍射 不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，历史上曾有一个著名的衍射图样—泊松亮斑． 实验：在光束中放一个不透明的很小的圆盘 现象：在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。 泊松亮斑 中心有小亮斑 点击观看 五、圆盘衍射 泊松亮斑趣事：1818年，当法国物理学家菲涅耳提出光的波动理论时，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．人们从未看过和听说过这种现象，因而认为这是荒谬可笑的，所以泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅耳的波动理论，但是，就在竞赛的关键时刻，评委阿拉果在实验中观察到了这个亮斑，这样，泊松的计算反而支持了光的波动说。 后人为了纪念这个有意义的事件，把这个亮斑称为泊松亮斑，也称为阿拉果亮斑。 圆孔衍射 圆盘衍射 圆孔衍射与圆盘衍射的图样有何不同？你能准确地区分吗？ 牛顿环 15 双缝宽d=0.36mm 单缝宽a=0.4mm 不同点： 双缝的条纹:是等间距的明暗相间条纹，各条纹的亮度差别较小，条纹条数较多。 衍射条纹:不等间距，中央条纹亮而宽，两侧条纹窄而暗且对称分布 相同点：都是由于光的叠加而产生的，明暗相间的。 干涉条纹与衍射条纹的图样有何不同？你能准确地区分吗？ 衍射光栅 单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央亮条纹较远的条纹，亮度也很低。因此，无论从测量的精确度，还是从可分辨的程度上说，单缝衍射都不能达到实用要求 实验表明，如果增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。光学仪器中用的衍射光栅就是据此制成的。 衍射光栅 它是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅（图 4.5-5） 如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅 $