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4.5 光的衍射
《选择性必修第一册》 第四章 光
学习目标
1、了解光的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。
2、知道衍射、衍射光栅在生产生活以及科学技术中的应用，了解科学、技术和社会的关系。
3、通过光的衍射的学习，对光的直线传播现象提出质疑，会从不同角度思考物理问题。
目录
03
薄膜干涉
01
02
干涉条纹和光的波长之间的关系
光的双缝干涉
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
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.
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。
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？
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。
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。
如何让衍射现象更明显呢？
教学内容：（一）光的衍射
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。
光的衍射实验
单缝衍射
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
各种颜色的光波衍射图象一样吗？
不同色光或不同宽度单缝衍射条纹的特征
①波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大．
②单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大．
③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．
双缝干涉与单缝衍射图样有啥不同？
种类 项目　　 单缝衍射 双缝干涉
不 同 点 产生条件 狭缝足够小(发生明显衍射) 频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度 条纹宽度不等，中央条纹最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
亮度 中央条纹最亮，越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 如何解释引入实验中“光不沿直线传播”的现象？
光经过圆盘发生衍射现象，绕过圆盘，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
如何解释以下视频中的实验现象？
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）
圆盘和小圆孔的衍射图样有何不同？
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。
人口密度图
（二）衍射光栅
(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。
人口密度图
衍射光栅演示实验
人口密度图
当光线从合适的角度照射到这个断面时，就会发生一种光学效应，叫做“反射式光栅衍射”。于是，你就能看到像彩虹一样的颜色，包括从绿色、黄色到红色的各种色泽。这种效应并非只有牛肉才有，其实猪肉、羊肉、驴肉、狗肉、鸡肉、鸭肉、鱼肉都可以出现。此外，这种现象通常出现在熟肉，而不是生肉。
电脑光盘的彩色反光，来自螺旋形排列的凹槽反射光的衍射
这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅,
1 观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是( )
A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显
B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显
C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强
D．以上现象都不会发生
小牛试刀
解析：A 当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大；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、单缝宽度也一定时，若增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽。
2 （多选）以下关于光现象的说法正确的是（ ）
A．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
B．把两支铅笔捏紧，通过中央的细缝去观察日光灯，会看到彩色条纹，
这是光发生衍射的结果
C．白光通过单缝衍射时，偏离中央亮纹最远的是红光
D．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
解析：BC 选项A是由光的直线传播产生的；选项B是光的衍射产生的；选项C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D是色散现象。
3 （多选）图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则( )
A．甲为红光的衍射图样
B．乙为紫光的干涉图样
C．丙为红光的衍射图样
D．丁为紫光的干涉图样
解析：BC 由干涉图样条纹间距公式 可知条纹是等间距的，甲乙是干涉条纹，由于衍射图样间距不等，丙丁是衍射条纹由于红光的波长长，条纹间距大，所以甲为红光的干涉条纹，乙为紫光的干涉条纹，丙是红光的衍射条纹，丁是紫光的衍射条纹。
课堂小结
光的衍射现象：光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。
衍射现象的条件：障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显
衍射光栅定义：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。
分类：透射光栅、反射光栅。

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