2020-2021学年5 光的衍射课文课件ppt

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蜡烛照到可调节孔大小的挡板上,当孔较大时光沿直线传播,在光屏上形成类似孔的亮斑;当孔变得较小时,则屏上形成烛焰的像;当孔再变小时,在屏上形成比孔大许多的模糊区域,这是为什么呢?你能解释吗?
知识点 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 ．
定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现亮条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。
发生明显衍射现象的条件：障碍物或缝的尺寸比光的波长小，或者与光的波长相差不多。衍射是波特有的现象，所以光的衍射可以证明光具有波动性。
衍射图样单缝衍射单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；
白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。
圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。
圆盘衍射：障碍物的衍射现象。在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
例1：关于光的衍射现象,下列说法正确的是(　　)。A.衍射条纹是光波相互叠加的结果B.光的衍射现象是光在传播过程中偏离直线传播绕到障碍物阴影里传播的现象C.光的衍射现象完全否定了光沿直线传播的结论D.光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
【解析】衍射与干涉一样,都是光波叠加产生的,只不过干涉是两个相干光源发出的光进行叠加,而衍射是同一个光源的不同部分发出的光进行叠加,所以选项A正确。选项B实际上就是衍射现象的概念,显然正确。光的衍射现象并没有否定光的直线传播,光的直线传播就是明显衍射条件不能满足时的情况,选项C错误。衍射是波所特有的现象,而光的衍射现象正好证明光是一种波,选项D正确。【答案】ABD
例2：在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中,下列说法正确的是(　　)。A.缝越窄,衍射现象越显著B.缝越宽,衍射现象越显著C.障碍物一定的情况下照射光的波长越长,衍射现象越显著D.障碍物一定的情况下照射光的频率越高,衍射现象越显著
【解析】要观察到明显的衍射现象,必须让孔或障碍物的尺寸足够小,能与光的波长接近或比光的波长更小,由于光的波长极短,所以要求孔或缝的尺寸非常小。光的波长越长,相当于缝越窄,而频率越高,波长越短,相当于缝越宽。故A、C正确。【答案】AC
例3：以下说法正确的是(　　)。A.只有频率相同、相位差恒定的两束光才能产生明显的衍射现象 B.两只完全相同的灯泡发出的两束光能产生稳定的干涉现象 C.如果光的波长与障碍物的尺寸相差不多,则能产生明显的衍射现象 D.如果光的波长比孔的尺寸大,则能产生稳定的干涉现象
【解析】频率相同、相位差恒定是光发生干涉的条件,不是发生明显衍射的条件,选项A错误。即使是同一光源上不同部分发出的光,也不一定能发生稳定的干涉,更不用说是两个独立的灯泡发出的光了,选项B错误。发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸与光的波长相差不太大,或者比光的波长小,当光的波长比障碍物或孔的尺寸大时,衍射会更明显,但这不是发生稳定的干涉的条件,因此选项C正确,选项D错误。【答案】C
知识点 三种衍射图样的特点和比较
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，中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄。(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低。
1.单缝衍射图样(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(1)圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播)；减小圆孔，光屏上出现光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上出现图丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样)。
2.圆孔衍射(1)圆孔衍射
2.圆孔衍射(2)圆孔衍射的图样特征①单色光的圆孔衍射图样：中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环；越向外，圆(亮)环亮度越低。②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
3.圆板衍射(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
3.圆板衍射(2)形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。(3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。
例1：一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板,在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现将其中一条窄缝挡住,让这束红光只通过一条窄缝,则在光屏上可以看到(　　)。A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是亮条纹比原来暗些B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央亮条纹变宽些C.只有一条与缝宽对应的亮条纹D.无条纹,只存在一片红光
【解析】本题一开始告诉我们产生了干涉现象,说明两缝都很窄,能够满足使红光发生明显衍射的条件,即挡住一缝后,在屏上得到的是单缝衍射图样。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现亮条纹,但衍射图样中央亮条纹较宽;两侧都出现明暗相间的条纹,干涉图样两侧为等间距的明暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间距的明暗相间的条纹,且亮条纹的亮度减弱。【答案】B
例2：如图所示,甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像,其中图甲是光的　　　　　(填“干涉”或“衍射”)图像。由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径　　　　　(填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径。 
【解析】甲图是圆孔衍射图样,乙图是光沿直线传播通过圆孔形成的亮斑。【答案】衍射　小于
知识点 衍射光栅
1.衍射光栅的结构由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器。2.衍射图样的特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。3.衍射光栅的种类反射光栅、透射光栅。
光的衍射与直线传播的关系
思考：(1)光的衍射现象说明光在传播过程中偏离了直线传播的路径,这与光的直线传播矛盾吗?
【提示】(1)光的直线传播与衍射并不矛盾,关键是光在什么样的环境中传播,障碍物的尺寸与光的波长有怎样的关系。
思考：(2)光在什么情况下沿直线传播,什么情况下不沿直线传播?
【提示】(2)光在传播过程中,在没有障碍物的均匀介质中沿直线传播;当障碍物的尺寸比波长大得多的情况下,衍射不明显,可以认为光沿直线传播。
思考：(1)单缝衍射条纹与双缝干涉条纹有哪些异同点?
【提示】不同点:双缝干涉条纹中央亮条纹与两侧的亮条纹等宽度、等亮度;单缝衍射条纹中央亮条纹最宽、最亮,而中央亮条纹两侧的亮条纹宽度变窄,亮度变小。
相同点:入射光为单色光时,无论是双缝干涉条纹还是单缝衍射条纹,亮条纹的颜色与入射光的颜色相同,暗条纹都是黑色。
思考：(1)如果把单缝衍射实验中的缝换成小圆孔或小圆板,还能不能观察到光的衍射现象?如果能的话,小圆孔和小圆板形成的衍射图样一样吗 ?
【提示】(1)小圆孔和小圆板的尺寸小到一定程度时,能观察到光的衍射现象。小圆孔和小圆板形成的衍射图样不一样,圆孔衍射时,屏上对应孔中心位置有一亮斑;圆板衍射时,屏上中央有一较大的黑斑,黑斑中心有一亮斑(泊松亮斑)。
思考：(2)泊松亮斑是不是由泊松预言并发现的?
【提示】(2)不是,泊松在驳斥光的波动说时计算出了亮斑,后来阿拉果通过实验发现了这个亮斑。
1.对于光的衍射的定性分析，下列说法中正确的是（ ）A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射现象B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论D．光的衍射现象说明了光具有波动性
2.关于衍射，下列说法中正确的是(　　)A．干涉现象中条纹的出现是光波叠加后产生的结果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．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
3.点光源照在一个剃须刀片上，在屏上形成了它的影子，其边缘较为模糊，原因是(　　)A．光的反射 B．光强太小C．光的干涉 D．光的衍射
4.用单色光通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是(　　)A．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的B．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的C．中央均为亮点的同心圆条纹D．中央均为暗点的同心圆条纹
5.抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图2所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则(　　)①这是利用光的干涉现象　②这是利用光的衍射现象　③如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了　④如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了A．①③ B．②④ C．①④D．②③