4.5 光的衍射（课件）-2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第一册）

第四章：第5节 光的衍射 高中物理选择性必修第一册 主讲老师：陈庆威 目录 CONTENT 高中物理选择性必修第一册 光的衍射 衍射光栅 温故知新 01. 高中物理选择性必修第一册 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。 新课引入 02. 高中物理选择性必修第一册 既然光也是一种波，那么应该也会产生衍射现象？为什么平时我们看到的光是沿的直线传播的？ S 光的衍射 第一部分 光的衍射 01. 高中物理选择性必修第一册 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.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。 2.衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。 思考：如何让衍射现象更明显呢？ 明显衍射的条件 02. 高中物理选择性必修第一册 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。 问题与思考 03. 高中物理选择性必修第一册 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。 为什么平时隔墙可以听见别人的声音却看不到人？ 思考：各种颜色的光波衍射图像一样吗？ 单缝衍射条纹 04. 高中物理选择性必修第一册 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 单缝宽0.8mm 红光 单缝宽0.4mm 4.波长一定时，单缝越窄，现象越明显。 单色光单缝衍射图样的特点： 单缝衍射图样特点 05. 高中物理选择性必修第一册 1.单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大(衍射越明显) 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． 红光 单缝宽0.4mm 双缝干涉与单缝衍射条纹比较 06. 高中物理选择性必修第一册 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。 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。 圆孔衍射 07. 高中物理选择性必修第一册 高中物理选择性必修第一册 圆孔衍射1 08. A S 1. 孔较大时——屏上出现清晰的光斑 几乎沿直线传播 高中物理选择性必修第一册 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） 原因:来自单缝或圆孔上不同位置的光，在屏上叠加的结果. 以中央最亮的光斑为圆心的逐渐变暗的不等距的同心圆 09. 圆孔衍射2 问题与思考 10. 高中物理选择性必修第一册 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？ 高中物理选择性必修第一册 泊松亮斑 11. 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 中心有小亮斑 科学漫步——泊松亮斑趣事 12. 高中物理选择性必修第一册 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。 高中物理选择性必修第一册 泊松亮斑 13. 圆孔衍射与圆盘衍射 14. 高中物理选择性必修第一册 不同点： 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。 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； 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 ①圆孔衍射中心亮斑较大,而泊松亮斑较小； 光的衍射现象 15. 高中物理选择性必修第一册 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． 圆屏衍射 圆孔衍射 钢针的衍射 衍射光栅 第二部分 衍射光栅 01. 高中物理选择性必修第一册 1.结构由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器． 2.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． 透射光栅 反射光栅 衍射光栅 01. 高中物理选择性必修第一册 高中物理选择性必修第一册 科学漫步——X射线衍射与双螺旋 03. 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 射线晶体衍射实验示意图 高中物理选择性必修第一册 科学漫步——X射线衍射与双螺旋 04. 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。 高中物理选择性必修第一册 科学漫步——X射线衍射与双螺旋 05. 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。 课堂小结 第四部分 课堂小结 高中物理选择性必修第一册 圆盘衍射 光的衍射 圆孔衍射 明显衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小 均是明暗相间的光环,中心均有亮斑 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； 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． 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。 THANKS cqw (c) - Lavf58.12.100 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.6 $$