新課標(biāo)選修3-4 135光的衍射

五、光的衍射光的干涉現(xiàn)象反映了光的波動(dòng)性，而波動(dòng)性的另一特征是波的衍射現(xiàn)象，光是否具有衍射現(xiàn)象呢？如果有衍射現(xiàn)象，為什么在日常生活中我們沒有觀察到光的衍射現(xiàn)象呢？水波、聲波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，它們發(fā)生衍射的現(xiàn)象特征是什么？光的衍射

一切波都能發(fā)生衍射，通過(guò)衍射把能量傳到陰影區(qū)域，能夠發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多．衍射的條件單縫衍射單擊畫面觀看錄像單縫衍射條紋的特征圖樣特征1、中央亮紋寬而亮．2、兩側(cè)條紋具有對(duì)稱性，亮紋較窄、較暗．不同波長(zhǎng)的單縫衍射觀察下列衍射圖樣，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圖樣分析1、波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大．2、單縫不變時(shí)，光波越長(zhǎng)的（紅光）中央亮紋越寬，條紋間隔越大．3、白熾燈的單縫衍射條紋為中央亮，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色．單縫衍射規(guī)律圓孔衍射ABS1、孔較大時(shí)——屏上出現(xiàn)清晰的光斑2、孔較小時(shí)——屏上出現(xiàn)衍射花樣明暗相間的間距不等的同心圓環(huán)3.圓屏衍射泊松亮斑：光照在一個(gè)不透明的小圓板上，光繞過(guò)板的邊緣，在屏的中心疊加形成一個(gè)亮斑．明暗相間的間距不等的同心圓環(huán)，中心有一“泊松亮斑”．圓屏衍射

1818年，當(dāng)法國(guó)物理學(xué)家菲漢耳提出光的波動(dòng)理論時(shí)，著名數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)菲涅耳的理論推算出：把一個(gè)不透光的小的圓盤狀物放在光束中，在距這個(gè)圓盤一定距離的像屏上，圓盤的陰影中心應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)亮斑．人們從未看過(guò)和聽說(shuō)過(guò)這種現(xiàn)象，因而認(rèn)為這是荒謬的，所以泊松興高采烈地宣稱他駁倒了菲涅耳的波動(dòng)理論，菲涅耳接受了這一挑戰(zhàn)，精心研究，“奇跡”終于出現(xiàn)了，實(shí)驗(yàn)證明圓盤陰影中心確實(shí)有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑．

光沿直線傳播只是一個(gè)近似的規(guī)律：當(dāng)光的波長(zhǎng)比障礙物或孔的尺寸小得多時(shí)，可認(rèn)為光是沿直線傳播的，當(dāng)光的波長(zhǎng)與障礙物或孔的尺寸可以相比擬時(shí)將產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象再次證明光是一種波．干涉與衍射條紋的關(guān)系

光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象都是光具有波動(dòng)性的有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)．它們都是由于光的疊加而產(chǎn)生的，但兩者的條紋卻有如下區(qū)別：雙縫干涉的條數(shù)較多，明(或暗)條紋的間距相等，各亮條紋的亮度差別較??；單縫衍射的條紋的條數(shù)較少，明(或暗)條紋的間距不等，中央亮條紋最亮最寬，兩側(cè)亮條紋較暗較窄．［例1］下列現(xiàn)象屬于干涉現(xiàn)象的是____，屬于衍射現(xiàn)象的是_______，屬于色散現(xiàn)象的是____．

A．雨后彩虹

B．蟬翼翅膀上的彩色

C．用力壓緊玻璃板可看到彩色花紋

D．透過(guò)綢布看燈光可看到花紋

E．瞇起眼睛看燈絲，燈絲被拉長(zhǎng)

F．通過(guò)放大鏡看物體，物體的邊緣是彩色的．解析：區(qū)分干涉，衍射和色散的方法是分析裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，厚的不平行透明體是色散，雙縫和薄膜是干涉，單縫、單孔、單絲、多縫、多孔、多絲是衍射，所以屬于色散的是A、F；屬于干涉的是B、C；屬于衍射的是D、E．例2.對(duì)于單縫衍射現(xiàn)象，以下說(shuō)法正確的是()A．縫的寬度d越小，衍射條紋越亮

B．縫的寬度d越小，衍射現(xiàn)象越明顯

C．縫的寬度d越小，光的傳播路線越接近直線

D．入射光的波長(zhǎng)越短，衍射現(xiàn)象越明顯解析:產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物或孔的尺寸跟波長(zhǎng)差不多，或者比波長(zhǎng)?。捎诠獠úㄩL(zhǎng)都是很短，所以在單縫衍射現(xiàn)象中，縫的寬度d越小，衍射現(xiàn)象越明顯．所以B答案是正確的．縫的寬度d越小，透過(guò)縫的光的能量越小，亮度也越小，故A錯(cuò)．縫的寬度d越小，越容易發(fā)生衍射，即容易偏離直線路徑繞到障礙物陰影中去，故C錯(cuò)，在縫的寬度d不變的情況下，入射光波長(zhǎng)越短，越不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故D錯(cuò)．所以正確答案應(yīng)選B．例3.使太陽(yáng)光垂直照射到一塊遮光板上，板上有可以自由收縮的正方形孔，孔的后面放置一個(gè)光屏，在正方形孔逐漸變小直至閉合的過(guò)程中，光屏上依次可以看到幾種不同的現(xiàn)象，試把下列現(xiàn)象依次排列：

A．圓形光斑B．明暗相間的彩色條紋C．變暗消失D．正方形光斑E．正方形光斑由大變小

解析:由于光的波長(zhǎng)很短，因此當(dāng)孔很大時(shí)，不會(huì)使光發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，此時(shí)光的傳播可看做直線，可在屏上得到孔的影；當(dāng)孔繼續(xù)減小時(shí)，雖不能使光發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，但可以在屏上成一太陽(yáng)的像；孔繼續(xù)減小時(shí)，光開始發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，出現(xiàn)明暗相間的彩色條紋；孔進(jìn)一步減小直至閉合，則由于進(jìn)光量的減小而使光線變暗消失．

答案:正確的順序是：D、E、A．D．C點(diǎn)撥:弄清光的直線傳播規(guī)律，小孔成像的原理，光波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件．［例4］在做單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是A．將入射光由黃色換成綠色，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(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，衍射條紋間距變寬D．增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬解析：當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯，即光偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)，條紋間距越大；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫寬度越小衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大；光的波長(zhǎng)一定、單縫的寬度也一定時(shí)，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會(huì)變寬．故答案為ACD．【同步練習(xí)】1．用紅光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)(縫極窄)，如果用不透光的紙遮住一個(gè)縫，則屏上出現(xiàn)的是A．一片黑暗B．一片紅光C．原干涉條紋形狀不變，但亮度減弱D．不等間距的紅黑相間的條紋答案：D解析：屏上將出現(xiàn)紅光的單縫衍射圖樣，即不等間距的紅、黑相間的條紋．2．以下關(guān)于光現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是A．一個(gè)面光源發(fā)出的光經(jīng)較大的障礙物后在屏上的影有本影和半影，這是光發(fā)生衍射的結(jié)果B．把兩支鉛筆捏緊，通過(guò)中央的細(xì)縫去觀察日光燈，會(huì)看到彩色條紋，這是光發(fā)生衍射的結(jié)果C．白光通過(guò)單縫衍射時(shí)，偏離中央亮紋最遠(yuǎn)的是紅光D．一束平行白光經(jīng)凸透鏡折射后，在其后的屏上也會(huì)看到彩色的亮環(huán)，這是光發(fā)生衍射的結(jié)果答案：BC解析：選項(xiàng)A是由光的直線傳播產(chǎn)生的；選項(xiàng)B是光的衍射產(chǎn)生的；選項(xiàng)C是因?yàn)榘坠庵屑t色光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，亮紋最寬，故偏離中央亮紋最遠(yuǎn)；選項(xiàng)D是色散現(xiàn)象．3．下面哪些現(xiàn)象屬于光的衍射現(xiàn)象A．雨后美麗的彩虹B．對(duì)著日光燈從兩鉛筆的縫中看到的色彩條紋C．陽(yáng)光下肥皂膜上的彩色條紋D．光通過(guò)三棱鏡產(chǎn)生的色彩條紋答案：B解析：雨后的彩虹和光通過(guò)三棱鏡產(chǎn)生的彩色條紋都是由于光的色散而形成的，是光的折射現(xiàn)象；陽(yáng)光下肥皂膜上的彩色條紋是光的薄膜干涉現(xiàn)象；對(duì)著日光燈從兩鉛筆的縫中看到的彩色條紋是單縫衍射現(xiàn)象．4．點(diǎn)光源照射到一個(gè)障礙物，屏上所形成的陰影的邊緣部分模糊不清，產(chǎn)生的原因是A．光的反射B．光的折射C．光的干涉D．光的衍射答案：D解析：光在傳播過(guò)程中遇到障礙物，要發(fā)生衍射，進(jìn)到陰影部分去，只是障礙物太大時(shí)，衍射現(xiàn)象不明顯，所以只在障礙物影子邊緣出現(xiàn)不太顯著的衍射現(xiàn)象，使影子邊緣的輪廓模糊不清．5．關(guān)于衍射下列說(shuō)法正確的是A．衍射現(xiàn)象中衍射花樣有暗條紋的出現(xiàn)是光的疊加的結(jié)果B．雙縫干涉中也存在著光的衍射現(xiàn)象C．影的存在是一個(gè)與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實(shí)D．一切波都可以產(chǎn)生衍射答案：ABD解析：衍射條紋是疊加產(chǎn)生的，衍射條紋的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了直線傳播的區(qū)域，A、B正確．衍射是波特有的現(xiàn)象，D正確．6．在用單色平行光照射單縫以觀察衍射現(xiàn)象時(shí)，下面說(shuō)法正確的是A．縫越窄，衍射現(xiàn)象越明顯B．縫越寬，衍射現(xiàn)象越明顯C．照射光的波長(zhǎng)越短，衍射現(xiàn)象越明顯D．照射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯答案：AD解析：由于可見光的波長(zhǎng)非常短，一般為微米數(shù)量級(jí)，所以，當(dāng)縫越窄