資源簡介

4. 5 光的衍射
學習目標
1、認識光的衍射現象，進一步了解光波的特性。
2、了解光產生明顯衍射的條件及衍射圖樣與波長、縫寬的關系。
3、知道“光的直線傳播”是一種近似規律。
重點難點
1、通過眾多的光的衍射實驗事實和衍射圖片來認識光的波動性。（重點）
2、光的衍射現象與干涉現象從根本上講都是光波的相干疊加。（重點）
3、衍射條紋成因的初步說明。（難點）
自主探究
一、光的衍射
1、衍射現象和衍射條紋
(1)衍射現象：光通過很窄的縫或很小的孔時，光沒有沿直線傳播，而是繞過縫或孔的邊緣傳播到相當寬的地方的現象。
(2)衍射條紋特點：衍射條紋是一些明暗相間的條紋，中央條紋最寬、最亮，離中央條紋越遠，亮條紋的寬度越窄，亮度越低。
2、光產生明顯衍射現象的條件
障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長相差不多。
二、衍射光柵
1、衍射光柵的結構：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學儀器。
2、衍射圖樣的特點：與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。
3、衍射光柵的種類：反射光柵、透射光柵。
探究思考
一、三種不同的衍射現象及特點
形成衍射的原因：繞到障礙物后的光，到光屏處的路程差滿足一定的特點，疊加時加強或減弱，形成明暗相間的條紋。
1、單縫衍射
單縫衍射圖樣的四個特點：
（1）中央條紋亮而寬；
（2）兩側亮條紋具有對稱性，亮條紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱；
（3）波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時，光波波長長的中央條紋寬，條紋間距大；
（4）白光的單縫衍射條紋中央為嵌有紅邊的白色亮條紋，兩側為彩色條紋，彩色條紋的外側為紅色，內側為紫色。
2、圓孔衍射
圓孔衍射圖樣的兩個特點
（1）單色光的圓孔衍射圖樣中央圓斑的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環。越向外，亮環亮度越低。
（2）白光的圓孔衍射圖樣：中央圓斑為白色，周圍是彩色圓環。
3、泊松亮斑——障礙物的衍射現象
（1）現象：各種不同形狀的障礙物也能使光發生衍射，使影的輪廓模糊不清。若在單色光傳播途中，放一個較小的圓形障礙物，會發現在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑。
（2）障礙物的衍射圖樣的特點
圓形陰影中心有一亮斑，與小孔衍射圖樣有明顯區別。
（3）周圍的亮環或暗環間距隨半徑增大而減小。
【典例一】1、單色光源發出的光經一狹縫,照射到光屏上,可觀察到的圖樣是下列的( )
A. B.
C. D.
解題思路：單色光源經過單縫產生衍射現象，圖樣的中間是亮而寬的明紋， 兩邊是明暗相間較窄的條紋，故只有A符合。
答案：A
二、單縫衍射與雙縫干涉的比較
1、單縫衍射與雙縫干涉的比較
單縫衍射 雙縫干涉
不同點 產生條件 只要狹縫足夠小，任何光都能發生明顯衍射現象 頻率相同的兩列光波相遇疊加
條紋寬度 條紋寬度不等，中央條紋最寬 條紋寬度相等
條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋間距相等
亮度 中央條紋最亮，兩邊最暗 條紋清晰，亮度基本相同
相同點 成因 都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的結果
意義 都是波特有的現象，表明光是一種波
2、三點提醒
（1）單縫衍射可以理解為若干個光源的干涉，從而理解條紋相間排列。
（2）光波的波長增大，衍射條紋、干涉條紋的寬度都變大。
（3）復色光的衍射或干涉圖樣，可認為各單色光單獨衍射或干涉所成圖樣的疊加。
【典例二】2、如圖所示，四個圖是不同的單色光采用相同裝置形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點可以得出的正確結論是( )
A.是光的干涉圖樣
B.是光的干涉圖樣
C.形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣的光的波長短
D.形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣的光的波長短
解題思路：干涉圖樣的條紋等間距，故A正確，B錯誤；無論是干涉還是衍射，形成的條紋間距大的波長長，故CD錯誤。
答案： A
隨堂訓練
1、觀察單縫衍射現象時,把縫寬由0. 2mm逐漸增大到0.8mm,看到的現象是( )
A.衍射條紋的間距逐漸變小，衍射現象逐漸不明顯
B.衍射條紋的間距逐漸變大，衍射現象越來越明顯
C.衍射條紋的間距不變，只是亮度增強
D.以上現象都不會發生
答案：A
2、對衍射現象的定性分析，不正確的是( )
A.光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物繼續傳播的現象
B.衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結果
C.光的衍射現象為光的波動說提供了有力的證據
D.光的衍射現象完全否定了光的直線傳播結論
答案：D
3、在單縫衍射實驗中，下列說法不正確的是( )
A.將入射光由黃光換成綠光，衍射條紋間距變窄
B.使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄
C.換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬
D.增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬
答案：B
4、抽制高強度纖維細絲可用激光監控其粗細,如圖所示,觀察光束經過細絲后在光屏上所產生的條紋即可以判斷細絲粗細的變化( )
A.這里應用的是光的衍射現象
B.這里應用的是光的干涉規象
C.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變粗
D.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變細
答案： AD
5、單縫衍射實驗中所產生圖樣的中央亮條紋寬度的一半與單縫寬度、光的波長、縫屏距離的關系，和雙縫干涉實驗中所產生圖樣的相鄰兩亮條紋間距與雙縫間距、光的波長、縫屏距離的關系相同。利用單縫衍射實驗可以測量金屬的線膨脹系數，線膨脹系數是表征物體受熱時長度增加程度的物理量。下圖是實驗的示意圖，擋光片A固定，擋光片B固定在待測金屬棒上端，間形成平直的狹縫，激光通過狹縫，在光屏上形成衍射圖樣，溫度升高，金屬棒膨脹使得狹縫寬度發生變化，衍射圖樣也隨之發生變化。在激光波長已知的情況下，通過測量縫屏距離和中央亮條紋寬度，可算出狹縫寬度及變化，進而計算出金屬的線膨脹系數。下列說法正確的是( )
A.使用的激光波長越短，其他實驗條件不變，中央亮條紋寬度越寬
B.相同實驗條件下，金屬的膨脹量越大，中央亮條紋寬度越窄
C.相同實驗條件下，中央亮條紋寬度變化越大，說明金屬膨脹量越大
D.狹縫到光屏距離越大，其他實驗條件相同，測得金屬的線膨脹系數越大
答案：C
2

展開更多......

收起↑