资源简介

(共25张PPT)
5.3 光的衍射
思考问题：1．什么是波的衍射现象？
当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的现象叫波的衍射
思考问题：２．能够发生明显衍射的条件是什么？
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障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。
1、衍射现象
既然光是一种波,为什么我们日常生活中观察不到光的衍射现象,而常常看到的是光沿着直线传播的呢
1.单色光圆孔衍射图样的条纹(形状、宽度、亮度、间距）有何特征？
2.圆孔衍射图样的条纹（宽度、亮度、间距）与圆孔的大小有何关系？
d=1.0 mm
d=0.6 mm
条纹为圆形，中心亮纹大而亮，旁边亮纹迅速的减弱减小。
圆孔越小，条纹越宽，间距越大，衍射现象越明显，但亮度变低。
当光通过很窄的缝、很小的孔或者障碍物时，光没有沿直线传播，而是绕到障碍物后面去，形成明暗相间的条纹的现象就叫做光的衍射现象。
来自小孔不同位置的光在屏上相遇叠加，有的相互加强，有的相互减弱，形成明暗相间的衍射图样。
单缝衍射图样特征
1.中央亮纹宽而亮，两侧条纹具有对称性，但迅速的减小减弱。
2.对同一单缝，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大(衍射越明显)
3.对同一波长，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大，但亮度较低。(衍射越明显)
白光单缝衍射图样
白光双缝干涉图样
白光的单缝衍射条纹为中央宽且亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
白光干涉中央为白色亮条纹的明暗相间的彩色条纹；干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
S
A
B
孔较大时屏上出现光斑（光沿直线传播）
S
A
B
孔减小时屏上出现光源倒立的像（小孔成像，光沿直线传播）
S
A
B
孔较小时屏上出现衍射图样
只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长时，衍射才是明显的。可见光的波长范围通常是4.0×10-7～7.6×10-7m，而光所遇到的一般物体的线度都比它的波长大得多，所以在日常生活中很难看到光的衍射现象。只有在光照射到像小孔、狭缝、针尖这样细小的器件上时，我们才可能观察到衍射现象以及它所产生的衍射图样。
实验证明，对波长为λ（数量级10-7m）的光波来说，障碍物或孔的尺寸的数量级在103λ以上时，衍射现象不明显，可按直线传播处理；在102λ～10λ时，衍射现象显著，出现明暗相间的条纹；在比波长λ还小时，衍射现象更为明显。即障碍物尺寸是波长几百倍时，对光波来说，仍可认为是衍射条件中的“差不多”。
如图所示，让一束光通过剃须刀片，仔细观察，剃须刀片边缘有条纹出现，这就是光在刀片边缘处产生的衍射现象。经研究发现，不仅小孔、狭缝能使光产生衍射，不同形状的各种障碍物都可能使光产生衍射，并在边缘呈现明暗相间的衍射图样，从而使其影像的轮廓变得模糊不清。
刀片边缘的衍射
1818年，年轻菲涅耳按照光的波动学说深入研究了光的衍射，并提出了解决衍射问题的数学方法。当时的科学家泊松却是光粒子说的支持者。他根据菲涅耳的理论计算出光在圆盘后的影像中心应该会出现一个亮斑。泊松认为这是非常荒谬的，并声称驳倒了光的波动说。此时，菲涅耳用实验证实了亮斑的存在。泊松的计算反而成了波动说的有力支持。所以后人为了记念这一事件，就将这个亮斑称为泊松亮斑。
科学书屋
双缝干涉 单缝衍射
不 同 点 条纹 宽度
条纹 间距
条纹 亮度
相同点
条纹宽度相等
条中央最宽，两边迅速变窄
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
清晰条纹，亮度基本相等
中央条纹最亮，两边迅速变暗
波特有的现象，都属于波的叠加；都有明暗相间的条纹
2、衍射对分本领的影响
光的衍射现象对显微镜、望远镜等精密光学仪器的设计产生了直接影响。
当一个圆斑像的中心刚好落在另一个圆斑像的边缘上时，我们称这两个像刚好能被分辨。
光学仪器上的透镜相当于一个圆孔。一个光学仪器的分辨本领，就是这个仪器能把彼此靠近的物体的像分离开来的能力。透镜的直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越低。光学仪器是不可以通过增大仪器的放大率来提高它的分辨本领的。增大放大率后，虽然放大了像点之间的距离，但每个像的衍射斑也被放大了。原来不能分辨的物体，放得再大，仍不能被我们的眼睛或照相底片所分辨。
显微镜、望远镜的分辨本领与衍射有关
对于望远镜，因受到衍射现象的影响，不管物镜是透镜还是反射镜，尺寸越大，分辨本领就越好。
要有效地提高分辨本领，应选用波长更短而不容易发生衍射现象的电子显微镜或离子显微镜。
3、衍射光栅
1821 年，德国物理学家夫琅禾费利用衍射原理制造了一种光学器件：在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线，或者在玻璃片上刻上许多均匀的细槽。因为它有类似栅栏的形状，所以被称为衍射光栅。衍射光栅可分为透射光栅和反射光栅。
衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离的排列起来形成的光学仪器。
光栅衍射图样式是单缝衍射和多缝干涉的共同结果
光栅衍射
单缝衍射
光栅中狭缝条数越多,明纹越细，越亮。
1条缝
20条缝
6条缝
3条缝
2条缝
5条缝
多缝干涉的结果使光栅衍射的亮条纹的宽度比单缝衍射时窄得多。这样我们可以在几乎黑暗的背景上看到一系列又细又亮的条纹。
复色光经光栅衍射后会彼此分开，如白光经过光栅后能被分解并形成彩色条纹。
光栅作为分光器件，常被用于单色仪和光谱仪中。
孔雀细密的羽毛就像有规律地排列在一起的反射光栅，使多束反射光相互干涉，也可形成闪烁绚丽的色彩。
谢谢！

展开更多......

收起↑