高中物理 選擇性必修一 光的衍射 課件

1、授課人：紅嶺中學(xué)高中部 劉 瑛光的衍射高中物理選擇性必修第一冊(cè)第四章第五節(jié)問(wèn)題1：什么是波的衍射現(xiàn)象？復(fù)習(xí)提問(wèn)波在它傳播的方向上遇到障礙物或孔時(shí)，波繞到障礙物陰影里去繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的衍射。問(wèn)題2：發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或者跟波長(zhǎng)差不多就能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。思考既然光也是一種波，應(yīng)該也會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)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(shuō)“光沿直線傳播”呢？1、定義：光在傳播過(guò)程中遇到障礙物或小孔時(shí)，光將偏離直線傳播的路徑繞到障礙物后面繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做光的衍射。一、光的衍射2、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸小于光的波長(zhǎng)或者和光的波長(zhǎng)差

2、不多。 3、可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍：106m107m，由發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，很難觀察到光的衍射現(xiàn)象。在擋板上安裝一個(gè)寬度可調(diào)的狹縫，縫后放一個(gè)光屏。用單色光照射狹縫，觀察衍射圖樣的特點(diǎn)。 單縫衍射示意圖 單縫衍射產(chǎn)生的圖樣演示實(shí)驗(yàn):單色光單縫衍射現(xiàn)象二、常見(jiàn)的光的衍射現(xiàn)象1、單縫衍射（1）單色光衍射條紋的特點(diǎn)中央條紋亮而寬；兩側(cè)條紋較窄、較暗；條紋具有對(duì)稱性；條紋間距的變化規(guī)律縫越窄，中央條紋越寬，條紋間距越大；波長(zhǎng)越長(zhǎng),中央亮紋越寬,條紋間距越大；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(guī)律：不同縫寬的單縫衍射不同色光的單縫衍射二、常見(jiàn)的光的衍射現(xiàn)象1、單縫衍

3、射（1）單色光衍射條紋的特點(diǎn)（2）白光的衍射條紋的特點(diǎn)中央條紋為白色；兩側(cè)為彩色條紋；條紋具有對(duì)稱性；二、常見(jiàn)的光的衍射現(xiàn)象1、單縫衍射（1）單色光衍射條紋的特點(diǎn)（2）白光的衍射條紋的特點(diǎn)衍射圖樣特點(diǎn)：明暗相間的環(huán)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(huán)，越向外,亮環(huán)亮度越低；（2）白光的圓孔衍射圖樣中央亮紋為白色，周?chē)遣噬?圓環(huán)。2、圓孔衍射二、常見(jiàn)的光的衍射現(xiàn)象1、單縫衍射2、圓孔衍射用平行光照射一個(gè)不透光的小圓盤(pán)時(shí)，在圓盤(pán)陰影中心出現(xiàn)一個(gè)亮斑。3、圓板衍射泊松亮斑二、常見(jiàn)的光的衍射現(xiàn)象1、單縫衍射2、圓孔衍射衍射圖樣特點(diǎn)：3、

4、圓板衍射泊松亮斑（1）明暗相間的不等距的同心圓環(huán)，圓形陰影中心一 個(gè)亮斑（泊松亮斑）。（2）泊松亮斑圖樣中的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而 減小。二、常見(jiàn)的光的衍射現(xiàn)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(huán)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(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而增大， 圓板衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)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(xiàn)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(gòu)成的光學(xué)元件1、衍射光柵的種類：（2）反射光柵

5、：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(chǎn)生漫反射而不太透光，未刻的部分相當(dāng)于透光的狹縫,一般每毫米有幾十到幾千個(gè)狹縫。三、衍射現(xiàn)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(gòu)成的光學(xué)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(chǎn)生漫反射而不太透光，未刻的部分相當(dāng)于透光的狹縫,一般每毫米有幾十到幾千個(gè)狹縫。如果增加狹縫的個(gè)數(shù)，衍射條紋寬度變窄，亮度將增加。閱讀課本100頁(yè)科學(xué)漫步三、衍射現(xiàn)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(gòu)成的

6、光學(xué)元件1、衍射光柵的種類：2、衍射現(xiàn)象的利用：（1）衍射光柵是一種非常重要的光學(xué)元件，它通過(guò)有規(guī)律的結(jié)構(gòu)，使入射光的振幅、相位受到周期性的空間調(diào)制。光通過(guò)光柵衍射可以產(chǎn)生明亮尖銳的條紋，狹縫越多明紋越細(xì)且越明亮，若是復(fù)色光入射則可產(chǎn)生光譜，因此利用光柵的這個(gè)特點(diǎn)可制作衍射光柵光譜儀來(lái)進(jìn)行光譜分析。三、衍射現(xiàn)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(gòu)成的光學(xué)元件1、衍射光柵的種類：2、衍射現(xiàn)象的利用：（2）衍射圖樣和障礙物的結(jié)構(gòu)有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，而且衍射圖樣對(duì)精細(xì)結(jié)構(gòu)有一種相當(dāng)敏感的“放大”作用，因此可利用衍射圖樣分析結(jié)構(gòu)。例如:X光的衍射是測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的重要方法。右圖是弗蘭克

7、林利用X射線衍射拍的DNA分子，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型就是根據(jù)這些照片得出的，這是生物學(xué)史上劃時(shí)代的事件，它宣告了分子生物學(xué)的誕生。三、衍射現(xiàn)象的利與弊衍射圖樣分析結(jié)構(gòu)：三、衍射現(xiàn)象的利與弊1、衍射光柵的種類：2、衍射現(xiàn)象的利用：3、衍射現(xiàn)象的弊端：由于衍射，被觀察物體上的一個(gè)光點(diǎn)經(jīng)過(guò)透鏡后不再匯聚成一個(gè)光點(diǎn)，而形成一個(gè)光斑，這樣物體的像就模糊了，進(jìn)而影響了顯微鏡的分辨本領(lǐng)。為了減小衍射現(xiàn)象的影響就得采用波長(zhǎng)比可見(jiàn)光還短的波，電子顯微鏡應(yīng)運(yùn)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(diǎn) 產(chǎn)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(fā)生衍射各相鄰條紋

8、間距相等中央條紋最亮，越向兩側(cè)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(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)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(guò)一般建筑物，而光波卻不能，這是因?yàn)?（ ） 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(duì)聲波吸收少，而對(duì)光波吸收多 D聲波波長(zhǎng)長(zhǎng)，容易產(chǎn)生衍射；光波波長(zhǎng)短，不易 產(chǎn)生衍射D鞏固練習(xí)2、對(duì)于單縫衍射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(xiàn)象越明顯 D入射光的頻率越大，衍射

9、現(xiàn)象越明顯B鞏固練習(xí)3、一個(gè)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(guò)兩窄縫在與薄板平行的屏上呈現(xiàn)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(guò)紅光，則在屏上可觀察到（ ）A明暗與原來(lái)相同，間隔均勻的紅色條紋B明暗與原來(lái)不相同，間隔不均勻的紅色條紋C一條紅色的條紋D既無(wú)條紋，也不是一片紅光，而是光源的像B鞏固練習(xí)4、用單色光通過(guò)小圓盤(pán)和小圓孔做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，在光屏上得到衍射圖形，它們的特征是（ ） A用小圓盤(pán)時(shí)中央是暗的，用小圓孔時(shí)中央是亮的 B中央均為亮點(diǎn)的同心圓形條紋 C中央均為暗點(diǎn)的同心圓形條紋 D用小圓盤(pán)時(shí)中央是亮的，用小圓孔時(shí)中央是暗的B鞏固練習(xí)5、（多選）某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，利用游標(biāo)卡尺兩腳間形成的狹縫觀察光的衍射現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)（ ）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(guān)D.衍射條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)鞏固練習(xí)ACD 6、下面四種現(xiàn)象中，哪些是光的衍射現(xiàn)象造成的 （ ）A通過(guò)游標(biāo)卡尺觀測(cè)