4.5 光的衍射 课件 (共21张PPT)高二物理人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 4.5 光的衍射 课件 (共21张PPT)高二物理人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-12-09 17:26:12 | ||
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文档简介
(共21张PPT)
第5节 光的衍射
第四章 光
思考：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？光是否也能发生衍射呢？
波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波能绕到障碍物阴影里去继续传播，这属于波的衍射现象。
1、知道光的衍射现象和产生明显衍射的条件。
2、通过实验观察单缝衍射现象，并可以区分几种不同的衍射图样。
3、能解释衍射图样的形成并初步了解衍射光栅。
知识点一、光的衍射
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，就证明了光的衍射现象存在。
1.定义
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。衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。
思考：类比波发生明显衍射的条件，思考光发生明显衍射的条件。
2.发生明显衍射的条件
障碍物或孔的尺寸与光的波长相差不大,甚至比光的波长还小。
3.单缝衍射
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。
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。
当缝很窄时,光没有沿直线传播,它绕过了缝的边缘,传播到了障碍物后面的相当宽的地方，这就是光的衍射。
【视频：光的单缝衍射】
（1）单缝衍射产生的图样
红光 单缝宽 0.4 mm
红光 单缝宽 0.8 mm
狭缝较窄的地方，衍射后在屏上产生的中央亮条纹较宽。
②如果用白光做上述实验，得到的条纹是彩色的
①红光的衍射条纹
白光的单缝衍射条纹
（2）单缝衍射条纹的特点
①一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、最亮,离中央条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越小。
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。
（3）干涉条纹与衍射条纹的区别
双缝干涉
单缝衍射
①条纹宽度
单缝衍射：条纹宽度不等，中央条纹最宽。
双缝干涉：条纹宽度相等。
②条纹间距
单缝衍射:各相邻条纹间距不等；
双缝干涉:各相邻条纹等间距。
③条纹亮度
单缝衍射:中央条纹最亮，越向两侧条纹越暗;
双缝干涉:各条纹亮度基本相同。
双缝干涉
单缝衍射
4.圆孔衍射
A
B
（2）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,出现明暗相间的圆环。
（1）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;
这是由于来自单缝或圆孔上不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果。各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。
思考：为什么在单缝衍射和圆孔衍射的照片中，都有一些亮条纹和暗条纹？
知识拓展
圆板衍射（泊松亮斑）
在光束中放一个不透明圆盘, 在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。
泊松亮斑
泊松亮斑趣事
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,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。
1.关于衍射，下列说法中正确的是（ ）
A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的后果
B．双缝干涉中不存在光的衍射现象
C．一切波都很容易发生明显的衍射现象
D．阳光下黑影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
A
练一练
2.用如图1所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图2所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是（ ）
A．此实验说明了光沿直线传播
B．圆孔变小，衍射图样的范围反而变大
C．圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大
D．用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同
B
图1
图2
知识点二、衍射光栅
1.衍射光栅结构
由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
2.衍射光栅图样的特点
与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。
3．衍射光栅的种类
①反射光栅：在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。
②透射光栅：在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，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，这样就做成了透射光栅。
透射光栅
思考：衍射光栅和单缝衍射有何区别？为什么衍射光栅明条纹亮度增加？
（1）衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件，而每一条单缝都发生衍射现象，在屏幕上呈现衍射图样，各个单缝发出的衍射光又是彼此相干的，又会产生干涉，总体的衍射光栅的条纹是单缝衍射和缝间干涉的总效果。
（2）衍射光栅是由许多单缝衍射，各个单缝发出的衍射光又是彼此产生干涉的效果，狭缝的个数越多，加强效果增加，光栅的多光束形成的明条纹亮度也增加。
1.（多选）关于光栅,下列说法正确的是( )
A.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变窄
B.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变宽
C.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变暗
D.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变亮
AD
练一练
定义
圆孔衍射
圆板衍射（泊松亮斑）
发生明显衍射的条件
分类
单缝衍射
衍射光栅：与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加
光的衍射
光的衍射
第5节 光的衍射
第四章 光
思考：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？光是否也能发生衍射呢？
波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波能绕到障碍物阴影里去继续传播，这属于波的衍射现象。
1、知道光的衍射现象和产生明显衍射的条件。
2、通过实验观察单缝衍射现象，并可以区分几种不同的衍射图样。
3、能解释衍射图样的形成并初步了解衍射光栅。
知识点一、光的衍射
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，就证明了光的衍射现象存在。
1.定义
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。衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。
思考：类比波发生明显衍射的条件，思考光发生明显衍射的条件。
2.发生明显衍射的条件
障碍物或孔的尺寸与光的波长相差不大,甚至比光的波长还小。
3.单缝衍射
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。
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。
当缝很窄时,光没有沿直线传播,它绕过了缝的边缘,传播到了障碍物后面的相当宽的地方，这就是光的衍射。
【视频：光的单缝衍射】
（1）单缝衍射产生的图样
红光 单缝宽 0.4 mm
红光 单缝宽 0.8 mm
狭缝较窄的地方，衍射后在屏上产生的中央亮条纹较宽。
②如果用白光做上述实验，得到的条纹是彩色的
①红光的衍射条纹
白光的单缝衍射条纹
（2）单缝衍射条纹的特点
①一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、最亮,离中央条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越小。
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。
（3）干涉条纹与衍射条纹的区别
双缝干涉
单缝衍射
①条纹宽度
单缝衍射：条纹宽度不等，中央条纹最宽。
双缝干涉：条纹宽度相等。
②条纹间距
单缝衍射:各相邻条纹间距不等；
双缝干涉:各相邻条纹等间距。
③条纹亮度
单缝衍射:中央条纹最亮，越向两侧条纹越暗;
双缝干涉:各条纹亮度基本相同。
双缝干涉
单缝衍射
4.圆孔衍射
A
B
（2）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,出现明暗相间的圆环。
（1）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;
这是由于来自单缝或圆孔上不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果。各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。
思考：为什么在单缝衍射和圆孔衍射的照片中，都有一些亮条纹和暗条纹？
知识拓展
圆板衍射（泊松亮斑）
在光束中放一个不透明圆盘, 在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。
泊松亮斑
泊松亮斑趣事
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,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。
1.关于衍射，下列说法中正确的是（ ）
A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的后果
B．双缝干涉中不存在光的衍射现象
C．一切波都很容易发生明显的衍射现象
D．阳光下黑影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
A
练一练
2.用如图1所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图2所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是（ ）
A．此实验说明了光沿直线传播
B．圆孔变小，衍射图样的范围反而变大
C．圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大
D．用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同
B
图1
图2
知识点二、衍射光栅
1.衍射光栅结构
由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
2.衍射光栅图样的特点
与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。
3．衍射光栅的种类
①反射光栅：在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。
②透射光栅：在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，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，这样就做成了透射光栅。
透射光栅
思考：衍射光栅和单缝衍射有何区别？为什么衍射光栅明条纹亮度增加？
（1）衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件，而每一条单缝都发生衍射现象，在屏幕上呈现衍射图样，各个单缝发出的衍射光又是彼此相干的，又会产生干涉，总体的衍射光栅的条纹是单缝衍射和缝间干涉的总效果。
（2）衍射光栅是由许多单缝衍射，各个单缝发出的衍射光又是彼此产生干涉的效果，狭缝的个数越多，加强效果增加，光栅的多光束形成的明条纹亮度也增加。
1.（多选）关于光栅,下列说法正确的是( )
A.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变窄
B.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变宽
C.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变暗
D.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变亮
AD
练一练
定义
圆孔衍射
圆板衍射（泊松亮斑）
发生明显衍射的条件
分类
单缝衍射
衍射光栅：与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加
光的衍射
光的衍射