5.2 光的衍射 课件(1)

课件38张PPT。第2节　光 的 衍 射1.波绕过障碍物或通过孔隙_________的现象，叫做波的衍射。
2.当狭缝的宽度_______(选填“大于”“小于”或“远大于”)
水波的波长时，没有明显衍射现象。继续传播远大于3.实验表明，当障碍物或狭缝的尺寸跟波长差不多时，衍射现
象_________(选填“非常明显”或“非常不明显”)。
4.“闻其声而不见其人”的现象与声波的_________(选填“折
射现象”“衍射现象”或“直线传播”)有关。非常明显衍射现象一、光的衍射
1.光的衍射现象：
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将_____沿直线传
播的规律而绕到障碍物后面传播的现象。
(1)单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现_________的
条纹，中央为___条纹，中央条纹最宽、最亮，其余条纹向两
侧逐渐变窄、变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现_____(选填
“彩色”或“白色”)条纹，中央为_____(选填“彩色”或
“白色”)条纹。改变明暗相间亮彩色白色(2)圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现_______
___的圆环。
2.产生明显衍射现象的条件：
在障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长_________(选填“相差不
多”或“相差很多”)时，甚至比光的波长还要___(选填“大”
或“小”)的时候，就会出现明显的衍射现象。明暗相间相差不多小3.光的衍射现象与光的直线传播的关系：
(1)光的直线传播只是一个近似的规律，只有孔、缝或障碍物
的大小比光波的波长_______时，光才是近似直线传播的；
(2)当障碍物尺寸与光的波长_____时，甚至比波长还要小时，
衍射现象十分明显，不能说光沿直线传播。大很多相近二、衍射对分辨率本领的影响
1.一个光学仪器的分辨率本领是指将两个相互靠近的物体的像
_________的能力。
2.光学显微镜和望远镜等光学仪器，其透镜就相当于小圆孔，
透镜直径_____，产生的衍射现象越_____，分辨本领就越低。分离开来越小明显三、衍射光栅
1.结构：
有许多等宽的狭缝_______排列起来形成光学元件。狭缝的个
数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越亮。
2.衍射图样的特点：
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度_____。
3.衍射光栅的种类：
_____光栅和_____光栅。等距离增加反射透射【思考辨析】
1.判断正误：
(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。
　(　　)
(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象。　(　　)
(3)所有光都能发生衍射现象。　(　　)
(4)光学仪器上用的透镜的直径越大，光学仪器的分辨本领越强。　(　　)
(5)光栅的衍射图样是单缝衍射的结果，与干涉无关。　(　　)提示：(1)×。衍射条纹是中间最宽、最亮，两侧逐渐变窄、变暗；干涉条纹是等间距的条纹。
(2)×。发生明显衍射的条件是波长与障碍物的尺寸相当，并不是光的波长要达到多长。
(3)√。衍射是一切波所具有的特性。
(4)√。透镜的直径越大，越不容易产生衍射现象，光学仪器的分辨本领越强。
(5)×。光栅的衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。 2.问题思考：
(1)为什么显微镜的镜头越小其分辨本领越低?
提示：光学显微镜镜头上的观察透镜就相当于小圆孔，光通过圆孔后会产生衍射，衍射是来自物体的光叠加的结果，会造成观察模糊，镜片越小衍射越明显，观察越模糊。
(2)为什么通过光栅后得到的条纹与双缝干涉条纹不同?
提示：光栅的每一条狭缝都能在接收屏的同一位置上产生单缝衍射图样，由于不同狭缝产生的光是相干的，必定产生干涉，形成明暗相间的条纹，故光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果，不同于双缝干涉条纹。 一、三种衍射现象的比较
1.单缝衍射图样：
(1)中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小。
(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低。(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，入射光波长越大，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.圆孔衍射图样：
(1)中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。如图所示。 (2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。
(3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。
(4)在白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。
(5)圆孔由大到小时图样变化：在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗。3.不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)：
(1)中央是亮斑。
(2)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。【学而后思】
(1)光波产生衍射现象的条件是什么?
提示：衍射现象是波动性最基本的表现之一，光波只要碰到障碍物就产生衍射现象，光波产生衍射现象不需要条件，产生明显的衍射现象才需要条件。
(2)光的直线传播与光的衍射现象是否相互矛盾?
提示：不矛盾。这是光的两种不同的传播规律，当障碍物的大小比光的波长大很多时，考虑光的直线传播；当障碍物的尺寸与光的波长相近或比波长小时，考虑光的衍射，这时不能说光沿直线传播。 【典例1】在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是(黑线为暗线)
　(　　)
A.很小的不透明的圆板
B.很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C.很大的不透明的圆板
D.很大的中间有小圆孔的不透明的圆板 【解题探究】(1)光产生明显衍射现象的条件是什么?
提示：障碍物或小孔的尺寸与光的波长相近或比光的波长小时，产生明显衍射现象。
(2)圆孔衍射图样的特点是什么?
提示：中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。
【标准解答】选D。图样为清晰的衍射图样，故B错；图样中心为亮斑，说明障碍物为D；若为A，则中央有一个小亮点，亮点外为大暗环；若为C，则图样为大暗斑，只是边缘稍模糊。 【互动探究】在典例1中，若观察到的图样如图所示，关于障碍物哪个选项符合要求　(　　)
【解析】选A。中央是亮斑，然后是较粗的暗环，随后是明暗相间的圆环，这是典型的泊松亮斑，故正确答案为A。 【变式备选】在做光通过小孔的衍射实验中，关于衍射图样下列说法中正确的是　(　　)
A.换用波长更长的单色光做实验时(其他条件不变)，所得图样的条纹间距变小
B.增大小孔的直径(其他条件不变)，条纹间距不变
C.减小小孔的直径(其他条件不变)，条纹间距将变大
D.无论增大光的波长还是改变小孔直径，条纹间距都不会改变
【解析】选C。波长越长、小孔越小，条纹间距越大，故C项正确。 二、单缝衍射和双缝干涉的比较【学而后思】
(1)如何理解单缝衍射条纹中，中央亮条纹最亮?
提示：对于出现中央亮条纹的地方，各衍射光线之间由于没有光程差而相干加强，因而此处光强最大。
(2)如何从白光的单缝衍射图样中总结出波长越长条纹间距越宽?
提示：白光的单缝衍射图样中，中间是白色说明七色光均产生了衍射现象，但白光的边缘是红色的，说明波长长的红色光的条纹最宽。 【典例2】(2013·泉州高二检测)如图所示，甲、乙、丙、丁四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是　(　　)
A.甲、乙是光的干涉图样
B.丙、丁是光的干涉图样
C.形成甲图样光的波长比形成乙图样光的波长短
D.形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长短 【解题探究】(1)双缝干涉图样和单缝衍射图样的显著不同点是什么?
提示：双缝干涉图样是等间距的，单缝衍射图样是不等间距的，且中间最宽。
(2)波长与条纹间距有什么关系?
提示：波长越长，间距越宽。【标准解答】选A。由图样可得甲和乙是等间距的，丙和丁是不等间距的且中间最宽，所以甲和乙是干涉条纹，丙和丁是衍射条纹，A正确，B错误；其中甲比乙的条纹间距大，故形成甲图样光的波长比形成乙图样光的波长长，C项错；丙比丁的条纹间距大，形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长长，D项错。 【总结提升】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，中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。
(2)根据亮条纹的亮度区分：
双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹中央亮纹最亮，而两侧的亮纹逐渐变暗。 【变式训练】在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是
　(　　)
A.换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变窄
B.换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽
C.使单缝宽度变小，则衍射条纹的亮度降低、间距变窄
D.增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽【解析】选B、D。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，故A错、B正确。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，故C错；当光的波长一定，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D正确。 【典例】用一单色光源垂直照射带有圆孔的不透明光屏，下列几种情况中，在圆孔后面的光屏上各看到什么现象?
(1)圆孔的直径为1cm。
(2)圆孔的直径为1mm。
(3)圆孔的直径为0.5μm。【标准解答】(1)当圆孔的直径为1cm时，在光屏上只能看到与圆孔形状相同的亮斑，这是光沿直线传播的结果。
(2)当圆孔的直径为1mm时，在光屏上能看到单色光源倒立的像，这是小孔成像，也是光沿直线传播的结果。
(3)当圆孔的直径为0.5μm时，在光屏上能看到明暗相间的圆形衍射条纹，这是由于小孔的尺寸与光波波长差不多，光发生衍射的结果。
答案：(1)亮斑　(2)倒立的像
(3)明暗相间的圆形衍射条纹 关于光的衍射现象认识的四个误区
误区1：误认为衍射是有条件的
产生误区的原因是没有理解好产生明显衍射现象的条件，衍射作为波的基本特征之一，波只要遇到障碍物就会产生衍射现象，衍射不需要条件；而产生明显衍射现象是需要条件的，障碍物的尺寸与波长相近时，才能产生明显衍射现象。误区2：误认为单缝衍射图样与双缝干涉图样相同
产生误区的原因是没有理解好两种图样的不同，虽然单缝衍射图样与双缝干涉图样都是明暗相间的条纹，但二者最大的不同在于单缝衍射图样的条纹是不等间距的，且中间亮条纹最宽最亮，而双缝干涉图样的条纹是等间距的，亮度基本相同。误区3：误认为光学显微镜可以放大无数倍
产生误区的原因是对光学仪器的分辨率理解不好，任何一个光学仪器，能够把彼此靠近的物体的像分离开来的能力是有限的，这主要是受到了光的衍射现象的影响，光学仪器上的透镜相当于一个圆孔，如果两个靠得很近的物体，在显微镜上所成的像超过了由衍射现象所决定的分辨极限，即使采用最好的透镜来提高显微镜的放大倍数也是徒劳无益的。误区4：误认为光栅衍射与干涉无关
产生误区的原因是没有理解好光栅衍射的形成条件，光栅是由许多狭缝组成的，每一条狭缝都能在接收屏的同一位置产生单缝衍射图样，不同狭缝产生的光是相干的，必定产生干涉，所以光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。【典例】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结果
B.双缝干涉中也存在衍射现象
C.一切波都很容易发生明显的衍射现象
D.影的存在是一个明显的衍射现象【解析】可以通过以下表格进行逐项分析：