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4.5光的衍射
第四章 光
光的衍射
单缝衍射
圆孔衍射
圆盘衍射
01
02
03
04
目录
CONTENTS
光的衍射
PART 1
问题1：什么是波的衍射现象？
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。
问题2：发生明显衍射现象的条件是什么？
障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长差不多就能发生明显的衍射现象。（d≤λ）
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？
3.光发生明显衍射条件：
2.衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样.
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.
障碍物或缝、孔的尺寸小于波长或者和波长差不多，即d ≤ λ。
4.物理意义：光的衍射现象证明光是一种波。
一、光的衍射
单缝衍射
PART 2
一、变力做功
激光束
调节狭缝宽窄
狭缝
像屏
取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，在狭缝后适当距离处放一个像屏，用平行的单色光照射。
调节狭缝的宽窄，如果能在光屏上观察到比狭缝的宽度宽得多的亮区，证明存在光的衍射现象。
单色光的衍射
红光
单缝宽0.4mm
红光
单缝宽0.8mm
蓝光
单缝宽0.4mm
白光
单缝宽0.4mm
观察下列衍射图样，分析单缝衍射规律：
1.单色光单缝衍射图样的特点：
（1）条纹不等宽；
（2）中央条纹亮而宽；
（3）两侧条纹较暗且窄，对称分布。
2.不同缝宽时的衍射图样：
波长λ一定时，单缝d越窄，衍射越明显，各级亮纹越宽越暗
二、单缝衍射
3.不同色光的衍射图样：
单缝不变，波长越大，衍射越明显，中央亮纹越宽。
白光的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，分布为内紫外红
4.白光衍射图样：
单缝衍射和双缝干涉图样
单缝衍射图样
双缝干涉图样
双缝干涉 单缝衍射
相同 不同 双缝间距越小（单缝宽度越小），条纹间距越大
波长越小，条纹间距越小
单色光明暗条纹，白光彩色条纹
干涉：等距条纹，亮条纹的亮度向两边减弱较慢。
衍射：不等距条纹，亮条纹的亮度向两边减弱得很快。
5、衍射条纹和干涉条纹的区别和联系
圆孔衍射
PART 3
1、孔较大时：
（2）路径：几乎沿直线传播
2、 孔较小时：
（2）路径：明显衍射
（1）图样：清晰的光斑
（1）图样：中央亮圆，周围明暗相间亮度变弱不等距同心圆环。
3.白光圆孔衍射：
（1）图样：中央亮圆为白色，周围是彩色相间、亮度变弱、不等距同心圆环
（2）路径：明显衍射
三、圆孔衍射
2.发生明显圆孔衍射的条件:
孔的尺寸和波长相差不多或比波长还小
圆盘衍射
PART 4
不只是狭缝和圆孔，各种小或薄的物体都能使光发生衍射，历史上一个著名的圆盘衍射图样——泊松亮斑．
（1）实验：在光束中放一个不透明圆盘
（2）现象：在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。
1、圆盘衍射
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斑，
也称为阿拉果亮斑。
圆孔衍射
中央亮圆，亮环变疏
圆盘衍射(泊松亮斑）
中央亮点，亮环变疏
薄膜干涉（牛顿环）
中央黑点，亮环变密
2、圆孔、圆盘衍射、牛顿环图样比较
一切较小、较薄（线度接近波长）的物体都能发生衍射。
刀片衍射
钢针的衍射
3、其它小、薄物体的衍射
钢针和刀片的影子轮廓模糊不清，是光通过物体边缘发生衍射的结果．
衍射光栅
PART 5
一、变力做功
狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越高。
（1）透射光栅：在一块平整玻璃片上刻出一系列等宽等距的平行刻痕，
刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝。
（2）反射光栅：在高反射率的金属上刻痕。
1、衍射光栅：由许多等宽狭缝 等距离排列起来形成的光学元件。
五、衍射光栅
（1）透射光栅 ：光通过光栅的透明部分发生衍射，常用于光谱仪等设备中。
（2）反射光栅 ：光通过光栅的反射面发生衍射，广泛应用于高反射率金属基板上。
2、各种用途的衍射光栅
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。
熟牛肉的反射式光栅衍射
光盘的彩色反光
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。
例1、如图所示是单色光通过游标卡尺两测量爪间
的狭缝后在光屏上呈现的三种图像。当游标卡尺两
测量爪间的狭缝宽度从0.8 mm逐渐变小时,光屏上
的图像的顺序是 (　　)
A.abc　　B.cba　　C.bac　　D.cab
A
例2、(2023广东江门广雅中学月考)某小组用激光束照射
不同直径的圆孔和不透明圆板后,拍摄了许多屏上的图样,
图甲和图乙是小组拍摄的图样中的两张,下列说法正确的
是 (　　)
A.图甲为著名的“泊松亮斑”
B.图甲和图乙都是光线照射到圆孔后的衍射图样,图甲中孔
的直径较小
C.图甲和图乙都是光线照射到圆板后的衍射图样,图乙中板
的直径较小
D.图甲是光线照射到圆孔后的衍射图样,图乙是光线照射到
圆板后的衍射图样
D
例3、(2024山西运城康杰中学月考改编)如图甲所示,在抽丝机的细
丝出口附近,用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝,在细丝的另一
侧用光屏接收激光。通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况(如图乙所
示),便可知道抽制出的细丝粗细是否合格。对于这种装置,下列说法
中正确的是 (　　)
A.这是利用光的直线传播规律
B.这是利用光的干涉现象
C.如果屏上条纹变宽,表明细丝细了
D.以上说法都不对
C
例4.(2024河北石家庄联考)如图1所示,等腰△ABC为一棱镜的横截
面,AB=AC;一平行于BC边的细光束从AB边射入棱镜,在BC边经过
一次反射后从AC边射出,出射光分成了不同颜色的甲、乙两束光。
图2是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样,下列
说法正确的是 (　　)
A.甲光的波长比乙光的短
B.甲光在棱镜中的传播速度比乙光的小
C.图2中a是乙光的干涉图样
D.图2中c是甲光的衍射图样
D
例5、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
A.图甲:光经过大头针尖时的图样
B.图乙:用X射线拍摄的DNA晶体的图样
C.图丙:白光照射肥皂膜呈现出彩色条纹的图样
D.图丁:用光照射不透明的小圆盘，其背后阴影中心出现亮斑的图样
例5.下列四幅图都反映了光的特性，其中一个与其他图片所包含的原理不同的是( )
C
谢
谢
聆
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