4.5 光的衍射 课件 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第四章 光 5、光的衍射 CONTENTS 01 02 单缝衍射条纹 03 04 目标 圆孔、圆盘衍射 光的衍射 05 典 型 例 题 衍 射 光 栅 2 问题1:什么是波的衍射现象？ 问题2:发生明显衍射的条件是什么？ 波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传播的现象叫波的衍射. 障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。 问题3:光是一种波为什么我们都说光沿直线传播呢？ 狭缝、障碍物的尺寸相比于光的波长太大了 思考：你觉得怎样才能观察到明显的光的衍射现象？ 障碍物或狭缝的尺寸很小，跟光的波长差不多或比光波长还小 380nm~780nm 一、光的衍射 1.光的衍射：光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里的现象叫光的衍射现象 2.光的明显衍射条件：障碍物或狭缝的尺寸小于波长或者和波长差不多。 注：同样的障碍物，波长越长，衍射现象越明显，同种光，障碍物越小，衍射现象越明显 对于同样的障碍物，声音的波长比光的波长大的多，更容易发生明显衍射，即更容易绕过障碍物向前传播。 思考：为什么平时隔墙可以听见别人的声音却看不到人？ 二、单缝衍射 在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。但是，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹。 1.条纹不等间距； 2.中央条纹亮而宽； 3.两侧条纹较暗较窄，对称分布； 红光a=0.8mm 红光a=0.4mm 4.波长一定时，单缝越窄，现象越明显 1、单缝衍射图样的特点： 不同颜色的光，缝宽一致时，单缝衍射图样是否相同？ 2.不同颜色光的衍射图样： ②白光的单缝衍射条纹中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色． ① 单缝不变，波长越大，衍射越明显，中央亮纹越宽。 如果用白色光进行单缝衍射实验，衍射条纹是什么样？ 光的干涉和衍射图样比较 双缝干涉与单缝衍射图样有啥不同？ 名称 项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 产生 条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多 频率、振动方向相同，相位差恒定的两列光波相遇叠加 条纹 宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹 间距 各相邻条纹间距不等， 越靠外条纹间距越小 各相邻条纹等间距 亮度 中间条纹最亮，两边变暗 清晰条纹，亮度基本相等 相同点 成因 干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加结果 意义 干涉、衍射都是波特有的现象，表明光是一种波 例1.如图所示，四个图是不同的单色光采用相同装置形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是( ) A. 是光的干涉图样 B. 是光的干涉图样 C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短 D.形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短 A 例2、如图所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹).则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是（ ） A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫 B A S 1、孔较大时——屏上出现清晰的光斑 几乎沿直线传播 三、圆孔衍射 2、 孔较小时——屏上出现衍射图样（亮暗相间的不等间距的圆环，这些圆环的范围远远超过了光沿直线传播所能照明的范围） 以中央最亮的光斑为圆心的逐渐变暗的不等距的同心圆 3.圆孔衍射图样的两个特点 a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环．越向外，亮环亮度越低． b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环． 圆孔衍射现象 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 中心有极小亮斑 四、圆盘衍射 1818 年，法国的巴黎科学院为了鼓励对衍射问题的研究，悬赏征集这方面的论文。一位年轻的物理学家菲涅耳在论文中按照波动说深入研究了光的衍射 当时的另一位法国科学家泊松是光的波动说的反对者，他按照菲涅耳的理论计算了光在圆盘后的影的问题，发现对于一定的波长、在适当的距离上，影的中心会出现一个亮斑！泊松认为这是荒谬可笑的，并认为这样就驳倒了光的波动说。 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（图 ），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