高中物理鲁科版（2019）选择性必修一 课件 5.3 光的衍射(共22张PPT)

(共22张PPT)
5.3　光的衍射
1.观察光的衍射现象.
2.认识衍射条纹的特点.
3.知道产生明显衍射的条件.
学习目标
光的衍射
1.光的狭缝衍射现象：当狭缝较宽时，观察屏上是一条亮的光带，光带的宽度符合光的直线传播规律.但是，当狭缝不断变窄时，观察屏上会出现中央亮且宽、两边对称分布、明暗相间的光带，整个图样远大于光通过狭缝时按照直线传播所能照亮的区域.这表明光绕过了直线传播，而不是沿狭缝边缘传播.
知识梳理
2.光的圆孔衍射现象：如果将狭缝换成大小可调的圆孔，当圆孔足够小时，同样能观察到中央为明显的亮斑、周围是明暗相间的圆形光环的图样.这与光线通过狭缝传播相似，圆形光环的图样远大于通过圆孔时按照直线传播所能照亮的区域.
3.发生明显衍射的条件：当障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至小于光的波长时，衍射现象将十分明显.
思考：光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象可能发生，也可能不发生，这种说法对吗
提示 ：不对.光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象都会发生，只有明显与不明显之分.
思考：使太阳光垂直照射到一块遮光板上，板上有可以自由收缩的正方形孔，孔的后面放置一个光屏，在正方形孔逐渐变小的过程中，光屏上依次可以看到什么现象
提示：正方形孔较大时看到正方形光斑，孔逐渐减小看到屏上的正方形光斑由大到小，孔再减小看到圆形光斑，孔小到一定程度后看到衍射现象.
一、三种衍射图样的比较
1.单缝衍射图样的特点
(1)中央条纹最亮、越向两边越暗；中央条纹最宽，越靠外，条纹间距越窄.
(2)缝变窄，通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低.
(3)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，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大.
(4)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.
2.圆孔衍射
(1)圆孔衍射
如图所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图甲所示的情形，无明显的衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图乙所示的衍射图样，为明暗相间的圆环.
(2)圆孔衍射的图样特征
①单色光的圆孔衍射图样：中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环.越向外，圆环亮度越低.
②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环.
3.圆板衍射
(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓的边缘模糊不清，若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图丙所示.
(2)形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环.
丙
例1.如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、黄光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及绿光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹).在下面的四幅图中从左往右排列，颜色依次是（ ）
A.黄绿红紫
B.黄紫红绿
C.红紫黄绿
D.红绿黄紫
解析：双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故甲、丙两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距Δy= λ可以知道波长λ越大， Δy越大，故甲是红光，丙是黄光；单缝衍射条纹中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小，而波长越大，中央亮条纹越粗，故乙、丁是单缝衍射图样，乙为紫光的单缝衍射图样，丁为绿光单缝衍射图样；故从左向右依次是红光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、黄光(双缝干涉)和绿光(单缝衍射)，故选C.
答案：C
思考：在光的干涉和衍射实验中均可观察到明暗相间的条纹，下列三幅图样中哪幅为光的双缝干涉图样，哪幅为光的单缝衍射图样
提示：甲为光的双缝干涉图样；乙为光的单缝衍射图样.
二、单缝衍射和双缝干涉的比较
单缝衍射与双缝干涉的比较
比较项 单缝衍射 双缝干涉
不 同 点 产生条件 只要狭缝足够小，任何光都能发生 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，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等
相 同 点 成因 都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果
意义 都是波特有的现象，表明光是一种波
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.白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
解析：光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象，都是光波叠加的结果，白光的干涉条纹是彩色的，白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
技能点拨：区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法
(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央明条纹最宽，两侧的条纹变窄.
(2)根据明条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央明纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹中央明纹最亮，两侧的明纹逐渐变暗.
1 .在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物是（ ）
A.很小的不透明圆板
B.很大的不透明圆板
C.很大的中间有大圆孔的不透明挡板
D.很大的中间有小圆孔的不透明挡板
随堂检测
解析：用光照射很大的中间有小圆孔的不透明挡板时，出现明暗相间的衍射图样，即题图中所示的图样，故D正确.
答案：D
2.如图所示为红光、蓝光分别通过单缝、双缝所呈现的图样，则（ ）
A.甲为蓝光的衍射图样
B.乙为红光的干涉图样
C.丙为红光的衍射图样
D.丁为蓝光的干涉图样
解析：单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故甲、乙是衍射图样，且甲图为红光的衍射图样，乙图为蓝光的衍射图样，故A、B错误；双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故丙、丁是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距Δy= λ可知，波长越大，条纹间距越大，故丙图为红光的干涉图样，丁图为蓝光的干涉图样，故C错误，D正确.
答案：D