4.5 光的衍射-【物理优课PPT】高中物理选择性必修第一册同步PPT课件（人教版2019）

nullnullnullnullnullnullnull Refraction of light 人教版（2019） 选择性必修 第一册 第四章 授课老师：物理优课PPT 课堂引入 我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。既然光也是一种波，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？观看视频，你能从中得到什么启发？ 课堂引入 课堂引入 既然光也是一种波，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？ 发生明显衍射的条件是什么？ 障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。 什么是波的衍射现象？ 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。 光的衍射 01 单缝衍射条纹 02 圆孔、 圆盘衍射 03 衍 射 光 栅 04 典 型 例 题 05 S 温故知新 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？为什么平时我们看到的光是沿的直线传播的？ 实验演示 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去的现象叫光的衍射现象。衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。 S 一、光的衍射 2.光的明显衍射条件： 障碍物或孔的尺寸小于波长或者和波长差不多。 9 课堂引入 光的衍射 单缝衍射条纹 01 圆孔、 圆盘衍射 03 衍 射 光 栅 04 典 型 例 题 05 02 二、单缝衍射 1.现象：如图所示，点光源 S 发出的光经过单缝后照射 到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上 的 AB 区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在 AA′，BB′ 区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象。 二、单缝衍射 2.单色光单缝衍射图样的特点： 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； ④波长一定时，单缝越窄，现象越明显，中央亮纹越宽越暗。 不同缝宽的单缝衍射 3.不同波长光的衍射图样： ① 单缝不变，波长越大，衍射越明显，中央亮纹越宽。 二、单缝衍射 ② 白光的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色。 不同色光的单缝衍射 观察下列衍射图样，分析衍射规律 二、单缝衍射 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？ 二、单缝衍射 3、干涉条纹与衍射条纹的区别 （1）干涉：等距的明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱较慢。 （2）衍射：中央有一条较宽亮条纹，两边是对称明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱得很快。 （双缝）干涉图样 双缝间距越小，条纹间距越大 （单色光）波长越小，条纹间距越小 单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹 （单缝）衍射图样 单缝宽度越小，条纹间距越大 （单色光）波长越小，条纹间距越小 单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹 典例分析 例1. 如图所示，𝒂、𝒃、𝒄、𝒅 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 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 典例分析 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（ ） B A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫 光的衍射 单缝衍射条纹 01 圆孔、 圆盘衍射 衍 射 光 栅 04 典 型 例 题 05 03 02 三、圆孔、圆盘衍射 课堂引入 圆孔衍射 1、孔较大时——屏上出现清晰的光斑 A S 几乎沿直线传播 圆孔衍射 2、 孔较小时——屏上出现衍射花样（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 圆孔衍射 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 圆孔衍射 S 圆孔衍射 光是否可以绕过障碍物呢，跑到影子里面去呢？ 光遇到不透明的障碍物会出现什么情况呢？ Aa13117730279 26 圆盘衍射 Aa13117730279 27 课堂引入 实验：在光束中放一个不透明圆盘。 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。 中心有小亮斑 泊松亮斑 中心有小亮斑 现象：在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。 Aa13117730279 29 圆盘衍射 圆盘和小圆孔的衍射图样有何不同？ 圆孔衍射 圆盘衍射 Aa13117730279 30 衍射的应用 圆孔衍射 圆盘衍射 相同点：均是明暗相间的光环，中心均有亮斑 不同点： ① 圆孔衍射中心亮斑较大，而泊松亮斑较小； ② 圆孔衍射亮环或暗环间距随半径增大而增大，圆盘衍射亮环或暗环间距随半径增大而减小； ③ 圆孔衍射的背景是黑暗的，而圆盘衍射图样中的背景是明亮的。 圆盘和小圆孔的衍射图样有何不同？ Aa13117730279 31 衍射的应用 光的衍射现象 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，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果。 钢针的衍射 圆孔衍射 圆屏衍射 Aa13117730279 32 典例分析 例3．在一次观察光衍射的实验中，观察到如图1所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是（黑线为暗纹）( ) A．很小的不透明的圆板 B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板 C．很大的不透明圆板 D．很大的中间有小圆孔的不透明圆板 图1 D Aa13117730279 33 光的衍射 单缝衍射条纹 01 圆孔、 圆盘衍射 03 衍 射 光 栅 典 型 例 题 05 02 04 衍射光栅 阅读课本第99页回答如下问题： (1)什么是衍射光栅？ 由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器。 (2)光栅衍射图样特点与单缝衍射相比有怎样的变化？ 衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 Aa13117730279 35 衍射光栅 Aa13117730279 36 科学漫步 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斑， 也称为阿拉果亮斑。 泊松亮斑趣事 Aa13117730279 37 科学漫步 晶体中原子的排列是规则的，原子间距与 X 射线波长接近。这使得 X 射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象。衍射图样中斑点的强度和位置包含着有关晶体的大量信息。因此，人们可以利用 X 射线衍射探测晶体的结构（图）。 X 射线衍射与双螺旋 X 射线晶体衍射实验示意图 Aa13117730279 38 科学漫步 1912 年，德国科学家劳厄观测到了这种衍射现象。在当时人们并不确信 X 射线是一种电磁波，也不确信晶体是由周期性排列的原子组成的。劳厄的观测，同时证实了 X射线的波动性和晶体内部的原子点阵结构，被爱因斯坦誉为物理学中最美的实验。劳厄因此获得了 1914 年诺贝尔物理学奖。之后，英国物理学家布拉格父子深入研究了利用 X 射线测量和分析晶体结构的方法。他们的工作奠定了这一技术的实验和理论基础，为此，布拉格父子共同获得了 1915 年诺贝尔物理学奖。今天，X 射线衍射已经成为人们探测晶体和大分子结构的标准技术手段之一，被广泛应用于物理学和生物学等许多领域。这一技术所带来的最重要成果之一，就是 DNA 双螺旋结构的发现。 X 射线衍射与双螺旋 Aa13117730279 39 科学漫步 在 20 世纪 50 年代，生物学家已经知道 DNA 是细胞中携带遗传信息的物质，下一步就是要搞清楚 DNA 的结构，从而确定它的化学作用。从 1951 年开始，英国物理学家威尔金斯和富兰克林研究了 DNA 对 X 射线的衍射，获得了一系列 DNA 纤维的X 射线衍射图样（图）。英国卡文迪什实验室（主任为小布拉格）的美国生物学家沃森和英国生物学家克里克则根据这些数据提出了 DNA 的双螺旋结构模型。这是生物学史上划时代的事件。它宣告了 分子生物学的诞生，标志着生物学已经进入了分子水平。 沃森、克里克和威尔金斯因此获得了 1962 年的诺贝尔生 理学或医学奖。 X 射线衍射与双螺旋 Aa13117730279 40 课堂小结 光的衍射 明显衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小 圆盘衍射 圆孔衍射 衍射：光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射现象。 Aa13117730279 41 课堂小结 白光的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色。 Aa13117730279 42 课堂小结 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。 Aa13117730279 43 光的衍射 单缝衍射条纹 01 圆孔、 圆盘衍射 衍 射 光 栅 典 型 例 题 02 04 03 05 44 典例分析 【例1】在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，分别得到如下四幅图样，以下说法正确的是（　 　） A．甲是双缝干涉图样、丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样 B．乙是单缝衍射图样、丙是小圆板“泊松亮斑”衍射图样 C．甲是双缝干涉图样、丁是小圆孔衍射图样 D．乙是双缝干涉图样、丙是小圆孔衍射图样 A Aa13117730279 45 典例分析 【例2】（2022·上海嘉定·二模）利用图a所示的装置，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到图b中甲和乙两种图样。则（　　） A．甲对应单缝，乙对应双缝 B．甲对应双缝，乙对应单缝 C．都是单缝，甲对应的缝宽较大 D．都是双缝，甲的双缝间距较大 A Aa13117730279 46 典例分析 【例3】（2022·重庆八中高二阶段练习）如图，在大山后面的屋舍听广播（信号波长为 ）要比看电视（信号波长为 ）的效果好，这是由于（　　） A．广播信号更容易发生明显的衍射现象 B．电视信号更容易发生明显的衍射现象 C．广播信号更容易发生明显的干涉现象 D．电视信号更容易发生明显的干涉现象 A Aa13117730279 47 典例分析 【例4】(多选)下列光学现象，可以用干涉原理解释的是（　 　） A．甲图透过汽车挡风玻璃拍摄出车内物品的照片很模糊 B．乙图用黄光照射形成的牛顿环条纹 C．丙图用红光照射大头针形成模糊的条纹 D．丁图用绿光照射双缝后形成的条纹 BD Aa13117730279 48 典例分析 【例5】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（ ） B A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫 Aa13117730279 49 典例分析 【例6】用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当圆孔的直径由数厘米逐渐减小为零的过程中,位于遮光板后面的屏上将依次出现的现象是：__________；_________________；___________________；_______． 圆形亮斑 烛焰倒立的像 明暗相间的圆环 无光 直线传播 小孔成像 小孔衍射 无光 Aa13117730279 50 Refraction of light 人教版（2019） 选择性必修 第一册 第四章 授课老师：物理优课PPT Title Author Lavf58.29.100 1999 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.12.100 $$nullnullnull