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高中物理人教版选修3-4课件:13.5 光的衍射

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5.光的衍射
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5.光的衍射

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1.观察光的衍射现象,知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象 的条件。能用衍射知识对生活中的有关现象进行解释和分析。
2.初步了解衍射光栅。

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1.光的衍射现象 光在传播过程中,遇到*锘蛐】资,光将偏离直线传播的途 径而绕到*锖竺娲サ南窒蟆 2.常见的光的衍射现象 (1)单缝衍射:单色光通过狭缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹, 中央为亮条纹且中央条纹最宽最亮,其余条纹变窄变暗;白光通过 狭缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹。 (2)圆孔衍射:光通过小孔时(孔很小)在屏上会出现明暗相间的圆 环。 (3)泊松亮斑——*锏难苌湎窒: 各种不同形状的*锒寄苁构夥⑸苌,使影的轮廓模糊不清。 若在单色光传播途中,放一个较小的圆形*,会发现在阴影中 心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑。
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用单色光照射小孔,随着圆孔的逐渐减小,屏上先后有何变化?

提示:圆形亮斑→光源倒立的像(小孔成像)→明暗相间的圆环(衍

射图样)。

3.产生明显衍射现象的条件

在*锘蛐】椎某叽缈梢愿獾牟ǔは啾,甚至比光的波长还

要小的时候,就会出现明显的衍射现象。

4.光的衍射现象和光的直线传播的关系

光的直线传播只是一种特殊情况,当光的波长比*锘蚩仔〉

多时,光可以看成沿直线传播;在孔或*锍叽缈梢愿ǔは啾,

甚至比波长还要小时,衍射现象就十分明显。

5.衍射光栅

由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。狭缝的

个数越多,衍射条纹的宽度越窄,亮度越大。

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一二三

一、光的直线传播是一种特殊情况 光的直线传播是一种特殊情况,具体从以下两个方面去理解: 1.多数情况下,光照到较大的*锘蛐】咨鲜笔前囱刂毕叽 的规律传播的,在它们的后面留下阴影或光斑。如果*铩⒎旎 小孔都小到与照射光的波长差不多或更小时,光就表现出明显的衍 射现象,在它们的后面形成泊松亮斑、明暗相间的条纹或圆环。 2.光是一种波,衍射是它基本的传播方式,但在一般情况下,由于 *锒急冉洗(比起光的波长来说),衍射现象很不明显。光的传 播可*似地看作是沿直线传播。所以,光的直线传播只是特殊情况。 特别警示衍射是波特有的一种现象,光是一种波,所以会发生衍射, 只是有的明显,有的不明显而已。

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一二三
二、光的双缝干涉与单缝衍射的比较

种类 项目

单缝衍射

双缝干涉

产生 *锘蚩椎某叽绫炔 频率、振动方向相同,相位差 条件 长小或跟波长差不多 恒定的两列光波相遇叠加

不 同

条纹 宽度

条纹宽度不等,中央最宽

条纹宽度相等



条纹 间距

各相邻条纹间距不等,越 靠外条纹间距越小

各相邻条纹等间距

亮度 中间条纹最亮,两边变暗 清晰条纹,亮度基本相等

相 同

成因

干涉、衍射都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时 加强或者削弱的结果

点 意义 干涉、衍射都是波特有的现象,表明光是一种波

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特别警示干涉现象和衍射现象都是由于光波的叠加而产生的。 对于衍射现象来说,小孔处的光源可以看成无数个子波源,它们在 空间也会叠加,振动加强的点产生明条纹,振动减弱的点产生暗条 纹。
干涉现象中每一个小孔(缝)也能发生衍射,衍射现象中各子光源 也能发生干涉,即“干中有衍,衍中有干”。我们称双缝为干涉,单缝 或多缝为衍射。

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三、对单缝衍射图样的理解 1.单缝衍射图样:单色光的单缝衍射图样是相互*行的明暗条纹, 但各条纹的宽度和亮度不同,中央亮条纹最亮最宽,从中央亮条纹 向外,亮条纹的亮度和宽度迅速减小。 2.用单色光照射狭缝,在狭缝较宽时,屏上出现一条亮条纹,且缝 越窄,亮条纹也越窄,因为此时狭缝宽度比波长大很多,光是沿直线 传播的;当狭缝很窄时,屏中央出现一条比狭缝宽度大很多的亮条 纹,两侧出现明暗相间,但间距和亮度不等的条纹;当狭缝更窄时,中 央亮条纹更宽,两侧亮条纹离中央亮条纹更远,产生了明显的衍射 现象。

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特别警示①缝变宽,衍射角增大,距离增大,能量消耗增大,而光能
分布的范围变宽,所以亮条纹的亮度降低。
②中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有
关,入射光波长越长,单缝越宽,中央亮条纹的宽度及条纹间距离就 越大。
③用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,
中央亮条纹仍然最宽、最亮,其中最靠*中央的色光是紫光,最远 离中央的是红光。

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5.光的衍射 类型一 类型二

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光的衍射现象 【例1】 在单缝衍射实验中,下列说法中正确的是( ) A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄 B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄 C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽 D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽 点拨:衍射条纹的宽度与λ、d、l有关。λ、l增大,则间距增大;缝宽d 变小,则间距增大。

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解析: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,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽,故选项A、C、 D正确。
答案:ACD 题后反思*锏某叽缈梢愿獾牟ǔは啾然虮裙獾牟ǔせ挂 小时能产生明显的衍射。对同样的*,波长越长的光,衍射现 象越明显;对某种波长的光,*镌叫,衍射现象越明显。

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触类旁通在单缝衍射实验中,若人用眼睛在光屏处直接观察,现象 是否一样?
提示:通过光屏观察衍射条纹与用眼睛直接观察衍射条纹的情况 是有所不同的。当单缝到屏的距离增大时,屏上条纹间距变大,亮 度变弱,条纹数目不变(屏足够大);如果用眼睛直接观察,眼睛必须 靠*单缝,当略微增大眼睛与单缝距离时,观察到的条纹间距也会 略大而条纹数目将减少。因为眼睛的受光面很小(相当于光屏很 小),所以当眼睛与单缝的距离过大时,就观察不到衍射条纹。

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对光的干涉和衍射现象的认识 【例2】 关于光的干涉和衍射现象,下列说法正确的是 ( ) A.光的干涉现象遵循波的叠加原理,衍射现象不遵循波的叠加原 理 B.光的干涉条纹是彩色的,衍射条纹是黑白相间的 C.光的干涉现象说明光具有波动性,光的衍射现象不能说明这一 点 D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果 点拨:准确理解光的干涉与衍射现象的产生原因,条纹形状与特 点等内容是正确分析本题的关键。

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解析:光的干涉现象和光的衍射现象都是波的特有现象,都是光 波叠加的结果,若光的干涉条纹是彩色的,则光的衍射条纹也是彩 色的,只是条纹间距特点及亮度特点不同而已。
答案:D 题后反思光的干涉现象与衍射现象都是波所特有的现象,但二者 在产生条件、条纹形状及特点上都是有区别的,正是这种不同点才 使我们能够区分这两种现象。

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