人教版高中物理选择性必修第一册第四章光4.5光的衍射教学课件（24页PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选择性必修第一册第四章光4.5光的衍射教学课件（24页PPT） |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 19.7MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-08-03 12:22:58 | ||
图片预览
文档简介
(共24张PPT)
4.5 光的衍射
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。
一 、光的衍射
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。
当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹 (图4.5-1 )。
这表明，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。
图4.5-2是在一次实验中拍摄的屏上亮条纹的照片，上图的狭缝较窄，衍射后在屏上产生的中央亮条纹较宽。
如果用白光做上述实验，得到的条纹是彩色的 (图4.5-3)。
这是因为白光中包含了各种颜色的光，衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了。
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。
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。
双缝干涉
单缝衍射
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。
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。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 (图4.5-4)。
光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的。对衍射现象的研究表明，在障碍物或狭缝的尺寸很大时，衍射现象不明显，也可以近似认为光是沿直线传播的。但是，在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显，这时就不能说光沿直线传播了。
二 、衍射光栅
单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央亮条纹较远的条纹，亮度也很低。因此，无论从测量的精确度，还是从可分辨的程度上说，单缝衍射都不能达到实用要求。
实验表明，如果增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。光学仪器中用的衍射光栅就是据此制成的。
它是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
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(图4.5-5)。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。
一、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。
科学漫步
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4.5-6)，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。
二、X 射线衍射与双螺旋
晶体中原子的排列是规则的，原子间距与X射线波长接近。这使得X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象。
衍射图样中斑点的强度和位置包含着有
关晶体的大量信息。因此，人们可以利
用X射线衍射探测晶体
的结构(图4.5-7)。
1912年，德国科学家劳厄观测到了这种衍射现象。在当时人们并不确信X射线是一种电磁波，也不确信晶体是由周期性排列的原子组成的。劳厄的观测，同时证实了X射线的波动性和晶体内部的原子点阵结构，被爱因斯坦誉为物理学中最美的实验。劳厄因此获得了1914年诺贝尔物理学奖。之后，英国物理学家布拉格父子深入研究了利用X射线测量和分析晶体结构的方法。他们的工作奠定了这一技术的实验和理论基础，为此，布拉格父子共同获得了1915 年诺贝尔物理学奖。
1.用两支铅笔夹成一条狭缝，将眼睛紧贴着狭缝且让狭缝与日光灯管或其他线状光源平行，你会观察到怎样的现象 试解释这个现象。
解：会观察到明暗相间的彩色条纹，因为当两支铅笔夹成的狭缝宽度与光波波长接近时，会发生光的衍射现象.
课堂练习
2. 在挡板上安装一个宽度可以调节的狭缝，缝后放一个光屏。用平行单色光照射狭缝，当缝的宽度较小时，我们会从光屏上看到衍射条纹。此时，如果进一步调小狭缝的宽度，所看到的衍射条纹有什么变化 做这个实验，看你的判断是否正确。
也可以用游标卡尺两个卡脚之间的缝隙做单缝，用眼睛通过这个单缝观察线状光源。
解：衍射条纹中亮条纹的亮度有所降低，但条纹宽度增大.
3. 太阳光照射一块遮光板，遮光板上有一个大的三角形孔，太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑。请说明：遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的图形将怎样变化 请你说明其中的道理。
解：开始时，大的三角形孔在光屏上得到的是三角形光斑，这是因为光沿直线传播，减小三角形孔尺寸，会看到一个圆形亮斑这是太阳的像，是小孔成像现象，再减小三角形孔尺寸，当孔尺寸足够小时，将会看到孔形状的衍射条纹，而且三角形孔越小，衍射效果越明显.
4.可见光的波长是微米数量级的，人眼的瞳孔直径是毫米数量级的。假想有一种眼睛的瞳孔直径是微米数量级的，视网膜非常灵敏能感觉非常微弱的光线，这时所看到的外部世界将是一幅什么景象
解：若一种眼睛的瞳孔直径是微米数量级的，跟可见光波长差不多，这种眼睛会看不清楚物体的清晰轮廓，所看到的外部世界是彩色的、具有物体外形的、明暗相间的花纹.
4.5 光的衍射
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。
一 、光的衍射
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。
当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹 (图4.5-1 )。
这表明，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。
图4.5-2是在一次实验中拍摄的屏上亮条纹的照片，上图的狭缝较窄，衍射后在屏上产生的中央亮条纹较宽。
如果用白光做上述实验，得到的条纹是彩色的 (图4.5-3)。
这是因为白光中包含了各种颜色的光，衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了。
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。
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。
双缝干涉
单缝衍射
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。
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。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 (图4.5-4)。
光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的。对衍射现象的研究表明，在障碍物或狭缝的尺寸很大时，衍射现象不明显，也可以近似认为光是沿直线传播的。但是，在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显，这时就不能说光沿直线传播了。
二 、衍射光栅
单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央亮条纹较远的条纹，亮度也很低。因此，无论从测量的精确度，还是从可分辨的程度上说，单缝衍射都不能达到实用要求。
实验表明，如果增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。光学仪器中用的衍射光栅就是据此制成的。
它是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
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(图4.5-5)。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。
一、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。
科学漫步
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4.5-6)，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。
二、X 射线衍射与双螺旋
晶体中原子的排列是规则的，原子间距与X射线波长接近。这使得X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象。
衍射图样中斑点的强度和位置包含着有
关晶体的大量信息。因此，人们可以利
用X射线衍射探测晶体
的结构(图4.5-7)。
1912年，德国科学家劳厄观测到了这种衍射现象。在当时人们并不确信X射线是一种电磁波，也不确信晶体是由周期性排列的原子组成的。劳厄的观测，同时证实了X射线的波动性和晶体内部的原子点阵结构，被爱因斯坦誉为物理学中最美的实验。劳厄因此获得了1914年诺贝尔物理学奖。之后，英国物理学家布拉格父子深入研究了利用X射线测量和分析晶体结构的方法。他们的工作奠定了这一技术的实验和理论基础，为此，布拉格父子共同获得了1915 年诺贝尔物理学奖。
1.用两支铅笔夹成一条狭缝，将眼睛紧贴着狭缝且让狭缝与日光灯管或其他线状光源平行，你会观察到怎样的现象 试解释这个现象。
解：会观察到明暗相间的彩色条纹，因为当两支铅笔夹成的狭缝宽度与光波波长接近时，会发生光的衍射现象.
课堂练习
2. 在挡板上安装一个宽度可以调节的狭缝，缝后放一个光屏。用平行单色光照射狭缝，当缝的宽度较小时，我们会从光屏上看到衍射条纹。此时，如果进一步调小狭缝的宽度，所看到的衍射条纹有什么变化 做这个实验，看你的判断是否正确。
也可以用游标卡尺两个卡脚之间的缝隙做单缝，用眼睛通过这个单缝观察线状光源。
解：衍射条纹中亮条纹的亮度有所降低，但条纹宽度增大.
3. 太阳光照射一块遮光板，遮光板上有一个大的三角形孔，太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑。请说明：遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的图形将怎样变化 请你说明其中的道理。
解：开始时，大的三角形孔在光屏上得到的是三角形光斑，这是因为光沿直线传播，减小三角形孔尺寸，会看到一个圆形亮斑这是太阳的像，是小孔成像现象，再减小三角形孔尺寸，当孔尺寸足够小时，将会看到孔形状的衍射条纹，而且三角形孔越小，衍射效果越明显.
4.可见光的波长是微米数量级的，人眼的瞳孔直径是毫米数量级的。假想有一种眼睛的瞳孔直径是微米数量级的，视网膜非常灵敏能感觉非常微弱的光线，这时所看到的外部世界将是一幅什么景象
解：若一种眼睛的瞳孔直径是微米数量级的，跟可见光波长差不多，这种眼睛会看不清楚物体的清晰轮廓，所看到的外部世界是彩色的、具有物体外形的、明暗相间的花纹.