课件19张PPT。1光栅衍射实验 2[实验目的］
1．了解光栅的主要特性；
2．掌握分光计的调整和应用；
3．观察光栅衍射现象，测定汞在可见光范围内几种谱线的波长。3 [实验原理］
根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光栅面上时，将产生夫琅和费衍射现象，如图一所示。产生明条纹的条件为
(a+b)sinψk=± kλ （1）
或写为
dsinψk =± kλ （2）
其中是光栅常数，a和b分别为透光部分和不透光部分的宽度，为衍射角， 为入射光波长，k给出了该明纹的级次。4[实验原理］如果入射光不是单色光，由（2）式可以看出，对于同一k级明纹，不同波长 的光，其衍射角 也不相同。于是复色光被分解，在同一k级中，按波长大小依次排列。当k＝0时，任何波长的光均满足，各色光叠加在一起形成白色条纹，称为中央明纹。因此可以看到，复色光的衍射图样是在中央明纹的两侧对称地分布着k＝1，2，3…的各级彩色谱线，称为衍射光谱。
如果已知光栅常数d，用分光计测出k级光谱中某一明条纹的衍射角，利用式（2）可求出该谱线对应的单色光波长。 56［实验仪器］
分光计、汞灯、光栅。7[实验内容］调整分光计处于正常工作状态。
分光计的结构82、分光计的调整 (1)目测粗调。将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调成水平，并与中心轴垂直(粗调是后面进行细调的前提和细调成功的保证)。
(2)用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远。平行光进入物镜后，聚焦于物镜的焦平面上，称望远镜聚焦于无穷远。 9(2)用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远 ①调节目镜调焦手轮,直到能够清楚地看到分划板"准线"为止。
②接上照明小灯电源，打开开关，可在目镜视场中看到如图八所示的“准线”和带有绿色小十字的窗口。10(2)用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远 将平面镜按下图示方位放置在载物台上。11(3)调整望远镜光轴，使之与分光计的中心轴垂直。逐次逼近各半调整法。 12（4）调整平行光管用目测粗调，调节平行光管水平方位螺丝和倾斜度螺丝，使平行光管从水平方向和竖直方向观察都与望远镜方位一致。
点燃汞光灯、照亮狭缝。前后移动平行光管的套筒，使狭缝位于物镜焦平面上，从望远镜中看到清晰的狭缝像。
转动狭缝，使象处于水平，调节平行光管倾斜度，使狭缝与中间横叉丝重合，并且左右微调望远镜时，狭缝总在横叉丝上移动。然后把狭缝转过90°，使之与竖直叉丝平行。
132 安置光栅，调节平台，使达到入射光垂直照射在光栅表面 将光栅按与平面镜相同位置放在载物台上，先使光栅平面与平行光管轴线大致垂直，然后仅以光栅镀膜面为反射面（此时反射光线很弱），用自准直法调节光栅面与望远镜轴线垂直。由于望远镜已固定，不能再动，只可调光栅支架或载物台的两个螺丝a3和a2，调好后固定载物台。
转动望远镜，观察衍射光谱的分布情况，注意中央明纹两侧的衍射光谱是否在同一水平面内。如观察到谱线高低有变化，说明狭缝与光栅刻痕不平行，这时可调a1，直至在同一平面内。143、测量汞的谱线波长 为了消除分光计刻度盘的偏心差，对同一方位要同时读出两游标盘的读数，取其平均。例如，对＋K级，左右游标读数分别为 及，对－K级，左右游标读数分别为及，则K级衍射角为154 将测量数据填入表格并计算比较误差16［注意事项］1 分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。
2 光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。
3 在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。
4 测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。
５ 在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。 17［注意事项］ 6．一定要认清每个螺丝的作用再调整分光计，不能随便乱拧。掌握各个螺丝的作用可使分光计的调节与使用事半功倍。
7. 汞灯需与限流器串联使用，不可直接与220V电源相联，否则立即烧毁。
8. 级谱线很强，长时间观察会伤害眼睛，观察时必须在狭缝前加一两层白纸以减弱光强。
9. 汞灯的紫外光很强，不可直视，以免灼伤眼睛。
10. 汞灯在使用时不要频繁启闭，否则会降低其寿命18［预习题］1 若光栅中每毫米有400条刻痕，则光栅常数d＝_________。
2 汞的光谱线为什么会有不同颜色？
3 什么是自准直状态？
4 熟悉图七的光路，说明为什么望远镜在调整后看到的是平行光
5 使叉丝正确对准谱线，应该用什么旋钮？
6 如果光栅平面与转轴平行，但刻痕与转轴不平行，则整个光谱有什么异常？19[思考题]1 若平面镜两面的绿十字像，一个偏高，在水平线上方距离为ａ；另一个偏下，与水平线距离为5a，应如何调节？
2 利用本实验装置怎样测量光栅常数？
3 当用钠光（5893?）垂直入射到每毫米有500条刻痕的光栅上时，最多可见几级光谱？请说明理由。
4 如果光线不是垂直入射光栅面，对测量结果有什么影响？选修3—4第十三章 第五节 光的衍射
一、教学目标
知识与技能
（1）认识光的衍射现象，对光的波动性有进一步了解。
（2）理解光产生明显衍射的条件及衍射图样与波长、缝宽的定性关系。
过程与方法
通过本节学习进一步认识光的直线传播的局限性，培养学生的发散思维能力。
情感态度与价值观
通过学习体会科学研究中必须重视理论的指导作用和实践的检验作用。
二、重点、难点分析
重点：单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射的条件。
难点：说明衍射条纹的成因。
三、导学流程
前置复习：回忆水波的衍射、声波的衍射
什么是波的衍射？
2、波发生明显衍射的条件是什么？
思考：既然光也是一种波，为什么平时观察不到光的衍射而常说光沿直线传播呢？
（一）光的衍射
1、实验现象
（1）单缝衍射：教师演示实验，观察并回答当缝由宽逐渐变窄时有什么现象发生？
（2）如果把单缝换成圆孔并使圆孔的直径逐渐变小，有什么现象发生？
说明：不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射以至使影的轮廓模糊不清。
（3）单色光衍射条纹的特点：中央条纹
两侧条纹 。
白光衍射条纹的特点：中央为 两侧为
且外侧呈 靠近光源的内侧为 。
（4）为什么在衍射图样中有一些亮线和暗线？
（5）为什么用白光做实验时得到的亮线是彩色的？
（6）衍射图样与干涉图样有什么相似之处和不同之处？由此你能猜想出衍射与干涉有什么关系吗？
（7）光的衍射与光的直线传播是一种什么样的关系？
（8）当光照到不透光的极小圆板上，在圆板后的屏上会发生什么现象？
2．光的衍射定义
光产生明显衍射现象的条件是 。
（二）衍射光栅
单缝衍射有什么缺点？衍射光栅有什么优点？衍射光栅分为哪两种？
四、典型例题分析
例1、在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处日光灯管或线状白炽灯丝（灯管灯丝都要平行于狭缝）可以看到 （ ）
A、黑白相间的直条纹 B、黑白相间的弧形条纹
C、彩色的直条纹 D、彩色弧形条纹
例2、如图所示为单色光源发出的光经一狭缝，照射到光屏上，可观察到的现象是（ ）
A B
C D
例3、某同学线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察衍射现象后，总结出以下几点，你认为正确的是
若狭缝与灯泡平行，衍射条纹与狭缝平行
若狭缝与灯泡垂直，衍射条纹与狭缝垂直
衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关
衍射条纹的间距与光的波长有关
处理课后1、2、3题
五、体系构建
六、巩固练习：
1、下列那些现象说明光具有波动性 （ ）
A、光的直线传播 B、光的衍射
C、光的反射 D、光的折射
2、取两块平行板玻璃，把它们紧压在一起，在阳光的照射下，从玻璃板的表面上可以看到彩色花纹，取两支铅笔并在一起，中间留一条狭缝，通过狭缝去看远处的日光灯，当狭缝的方向与灯管平行时，也会看到彩色条纹，它们（ ）
A 、都是干涉现象
B、都是衍射现象
C、前者是干涉现象，后者是衍射现象
D、前者是衍射现象，后者是干涉现象
3、用单色光分别通过小圆盘与小圆孔做衍射实验，在光屏上得到衍射图样，它们地特点是（ ）
A、用前者做实验时中央是暗的，用后者做实验时中央是亮的
B、用前者做实验时中央是亮的，用后者做实验时中央是暗的
C、两次实验中央均是暗点的同心圆条纹
D 、两次实验中央均是亮点的同心圆条纹
4、下列现象属于光的衍射现象的是（ ）
A、雨后天空出现绚丽的彩虹
B、阳光下肥皂膜上的彩色条纹
C、太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹
D、对着日光灯从两支铅笔之间的窄缝中看到的彩色条纹
5、在单缝衍射实验中，下列说法中不正确的是（ ）
A、将入射光由黄光换成绿光，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，衍射条纹间距变窄
D、增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
6、下列对衍射现象的定性分析，不正确的是（ ）
A、光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物偏离直线传播的现象
B、光的衍射图样是光波相互叠加的结果
C、光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
D、光的衍射现象完全否定了光的直线传播理论
7、平行光照射单缝 ，观察单缝的衍射现象，下列说法正确的是（ ）
A、缝越宽，衍射现象越明显，
B、缝越窄，衍射现象越明显
C、照射光的频率越大，衍射现象越明显
D、照射光的频率越低，衍射现象越明显
8、下列关于单缝衍射的说法中，正确的是（ ）
A、它和光的双缝干涉图样完全相同
B、各亮条纹的亮度相同而宽度不同
C、各亮条纹的宽度相同而亮度不同
D、中央亮条纹的亮度最亮，宽度最宽
9、将光波与声波相比，下列说法正确的是（ ）
A、它们都能在真空中传播
B、它们都能产生干涉现象
C、光波比声波更容易发生明显的衍射现象
D、声波的传播速度比光波大
10、在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的亮暗相间的图样，那么障碍物是（ ）
A、很小的不透明圆板
B、很大的中间有大圆孔的不透明的挡板
C、很大的不透明圆板
D、很大的中间有小圆孔的不透明挡板
1.B 2.C 3.B 4.D 5.B 6.D 7.AD 8.D 9.B 10.A
课件9张PPT。光的衍射 光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？光的衍射 一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多． 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，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏 ．激光束调节狭缝宽窄像屏光的衍射光的衍射单缝衍射条纹的特征光的衍射1、中央亮纹宽而亮．2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．光的衍射观察下列衍射图样，分析衍射规律：光的衍射 1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大． 2、单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大． 3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．单缝衍射规律光的衍射ABS 1、 孔较大时——屏上出现清晰的光斑 2、 孔较小时——屏上出现衍射花样光的衍射 不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．
