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光的衍射
高中物理選擇性必修第一冊第四章第五節
問題1：什么是波的衍射現象？
復習提問
波在它傳播的方向上遇到障礙物或孔時，波繞到障礙物陰影里去繼續傳播的現象叫波的衍射。
問題2：發生明顯衍射現象的條件是什么？
障礙物或孔的尺寸比波長小或者跟波長差不多就能發生明顯的衍射現象。
思考
既然光也是一種波，應該也會產生衍射現象？為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說“光沿直線傳播”呢？
1、定義：光在傳播過程中遇到障礙物或小孔時，光將偏離直線傳播的路徑繞到障礙物后面繼續傳播的現象叫做光的衍射。
一、光的衍射
2、發生明顯衍射現象的條件：
障礙物或孔的尺寸小于光的波長或者和光的波長差不多。
3、可見光的波長范圍：
10－6m～10－7m，由發生明顯衍射現象的條件可知，很難觀察到光的衍射現象。
在擋板上安裝一個寬度可調的狹縫，縫后放一個光屏。用單色光照射狹縫，觀察衍射圖樣的特點。
單縫衍射示意圖
單縫衍射產生的圖樣
演示實驗:單色光單縫衍射現象
二、常見的光的衍射現象
1、單縫衍射
（1）單色光衍射條紋的特點
①中央條紋亮而寬；
②兩側條紋較窄、較暗；
③條紋具有對稱性；
條紋間距的變化規律
①縫越窄，中央條紋越寬，條紋間距越大；
②波長越長,中央亮紋越寬,條紋間距越大；
③縫屏間距越大，中央亮紋越寬，條紋間
距越大；
觀察下列衍射圖樣，分析衍射規律：
不同縫寬的單縫衍射
不同色光的單縫衍射
二、常見的光的衍射現象
1、單縫衍射
（1）單色光衍射條紋的特點
（2）白光的衍射條紋的特點
①中央條紋為白色；
②兩側為彩色條紋；
③條紋具有對稱性；
二、常見的光的衍射現象
1、單縫衍射
（1）單色光衍射條紋的特點
（2）白光的衍射條紋的特點
衍射圖樣特點：明暗相間的環狀條紋，中央為圓形亮斑。
（1）單色光的圓孔衍射圖樣中央白色亮紋亮度大，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亮紋為白色，周圍是彩色
圓環。
2、圓孔衍射
二、常見的光的衍射現象
1、單縫衍射
2、圓孔衍射
用平行光照射一個不透光的小圓盤時，在圓盤陰影中心出現一個亮斑。
3、圓板衍射—泊松亮斑
二、常見的光的衍射現象
1、單縫衍射
2、圓孔衍射
衍射圖樣特點：
3、圓板衍射—泊松亮斑
（1）明暗相間的不等距的同心圓環，圓形陰影中心一
個亮斑（泊松亮斑）。
（2）泊松亮斑圖樣中的亮環或暗環間距隨半徑增大而
減小。
二、常見的光的衍射現象
1、單縫衍射
2、圓孔衍射
與圓孔衍射圖樣比較：
3、圓板衍射—泊松亮斑
（1）均是明暗相間的環形條紋，中心均有亮斑。
（2）圓孔衍射圖樣中心亮斑較大，而泊松亮斑較小。
（3）圓孔衍射圖樣中亮環或暗環間距隨半徑增大而增大，
圓板衍射圖樣中亮環或暗環間距隨半徑增大而減小。
（4）圓孔衍射圖樣的背景是黑暗的，而圓板衍射圖樣中
的背景是明亮的。
三、衍射現象的利與弊
光柵是大量的等寬等間距的平行狹縫（或反射面）構成的光學元件
1、衍射光柵的種類：
（2）反射光柵：在高反射率的金屬上刻痕。
（1）透射光柵：在玻璃片上刻有許多等寬而又間距相等的平行刻痕，刻痕產生漫反射而不太透光，未刻的部分相當于透光的狹縫,一般每毫米有幾十到幾千個狹縫。
三、衍射現象的利與弊
光柵是大量的等寬等間距的平行狹縫（或反射面）構成的光學元件
1、衍射光柵的種類：
（2）反射光柵：在高反射率的金屬上刻痕。
（1）透射光柵：在玻璃片上刻有許多等寬而又間距相等的平行刻痕，刻痕產生漫反射而不太透光，未刻的部分相當于透光的狹縫,一般每毫米有幾十到幾千個狹縫。
如果增加狹縫的個數，衍射條紋寬度變窄，亮度將增加。
閱讀課本100頁《科學漫步》
三、衍射現象的利與弊
光柵是大量的等寬等間距的平行狹縫（或反射面）構成的光學元件
1、衍射光柵的種類：
2、衍射現象的利用：
（1）衍射光柵是一種非常重要的光學元件，它通過有規律的結構，使入射光的振幅、相位受到周期性的空間調制。光通過光柵衍射可以產生明亮尖銳的條紋，狹縫越多明紋越細且越明亮，若是復色光入射則可產生光譜，因此利用光柵的這個特點可制作衍射光柵光譜儀來進行光譜分析。
三、衍射現象的利與弊
光柵是大量的等寬等間距的平行狹縫（或反射面）構成的光學元件
1、衍射光柵的種類：
2、衍射現象的利用：
（2）衍射圖樣和障礙物的結構有著一一對應的關系，而且衍射圖樣對精細結構有一種相當敏感的“放大”作用，因此可利用衍射圖樣分析結構。例如:X光的衍射是測定晶體結構的重要方法。
右圖是弗蘭克林利用X射線衍射拍的DNA分子，DNA的雙螺旋結構模型就是根據這些照片得出的，這是生物學史上劃時代的事件，它宣告了分子生物學的誕生。
三、衍射現象的利與弊
衍射圖樣分析結構：
三、衍射現象的利與弊
1、衍射光柵的種類：
2、衍射現象的利用：
3、衍射現象的弊端：
由于衍射，被觀察物體上的一個光點經過透鏡后不再匯聚成一個光點，而形成一個光斑，這樣物體的像就模糊了，進而影響了顯微鏡的分辨本領。為了減小衍射現象的影響就得采用波長比可見光還短的波，電子顯微鏡應運而生。
雙縫干涉與單縫衍射的比較
雙縫干涉 單縫衍射
不
同
點
產生條件
條紋寬度
亮度
條紋間距
頻率相同的兩列
相干波相遇疊加
任何光都能發生衍射
各相鄰條紋間距相等
中央條紋最亮，越向兩側條紋越暗
各條紋亮度基本相同
各相鄰條紋間距不等
條紋寬度相等
條紋寬度不等，中央條紋最寬
相同點
干涉、衍射都是波特有的現象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋
1、聲波能繞過一般建筑物，而光波卻不能，這是因為 （ ）
A．光波傳播速度太大，偏離直線不明顯
B．聲波傳播速度小，而光波傳播速度大
C．建筑物對聲波吸收少，而對光波吸收多
D．聲波波長長，容易產生衍射；光波波長短，不易
產生衍射
D
鞏固練習
2、對于單縫衍射實驗現象，以下正確的是（ ）
A．縫的寬度越小，中央亮條紋的寬度越窄
B．縫的寬度越小，中央亮條紋的寬度越寬
C．縫的寬度越大，衍射現象越明顯
D．入射光的頻率越大，衍射現象越明顯
B
鞏固練習
3、一個不透光的薄板上有兩條平行的窄縫，有一頻率單一的紅光通過兩窄縫在與薄板平行的屏上呈現明暗相間的間隔均勻的紅色條紋，若將其中一窄縫擋住讓另一縫通過紅光，則在屏上可觀察到（ ）
A．明暗與原來相同，間隔均勻的紅色條紋
B．明暗與原來不相同，間隔不均勻的紅色條紋
C．一條紅色的條紋
D．既無條紋，也不是一片紅光，而是光源的像
B
鞏固練習
4、用單色光通過小圓盤和小圓孔做衍射實驗時，在光屏上得到衍射圖形，它們的特征是（ ）
A．用小圓盤時中央是暗的，用小圓孔時中央是亮的
B．中央均為亮點的同心圓形條紋
C．中央均為暗點的同心圓形條紋
D．用小圓盤時中央是亮的，用小圓孔時中央是暗的
B
鞏固練習
5、（多選）某同學以線狀白熾燈為光源，利用游標卡尺兩腳間形成的狹縫觀察光的衍射現象后，總結出以下幾點（ ）
A.若狹縫與燈絲平行，衍射條紋與狹縫平行
B.若狹縫與燈絲垂直，衍射條紋與狹縫垂直
C.衍射條紋的疏密程度與狹縫寬度有關
D.衍射條紋的間距與光的波長有關
鞏固練習
ACD
6、下面四種現象中，哪些是光的衍射現象造成的
（ ）
A．通過游標卡尺觀測兩卡腳間狹縫中發光的日光燈管，會看到平行的彩色條紋；
B．不透光圓片后面的陰影中心出現一個亮斑；
C．太陽光照射下，架在空中的電線在地面上不會留下影子；
D．用點光源照射小圓孔，后面屏上會出現明暗相間的圓環．
鞏固練習
ABD
課堂小結
光的衍射
單縫衍射
圓孔衍射
泊松亮斑
光的衍射的定義及產生明顯衍射條件
衍射光柵

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