高二物理选修3-4光的衍射课件

高二物理(wùlǐ)选修3-4光的衍射课件第一页，共28页。红光波长(bōcháng)最大，紫光波长(bōcháng)最小复习(fùxí)1、光的干预图样(túyàng)有何特征？2、不同颜色的光相邻条纹间距有何不同？3、光的颜色由什么决定的呢？第二页，共28页。1、光的颜色是由电磁波的频率决定的．2、不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同．3、同一(tóngyī)色光在不同介质中，频率〔颜色〕不变，波长和波速都要改变．4、在同一(tóngyī)介质中，频率越高，波速越小．几点强调(qiángdiào)第三页，共28页。光的干预现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有(jùyǒu)衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？水波、声波都会发生(fāshēng)衍射现象，它们发生(fāshēng)衍射的现象特征是什么？光的衍射(yǎnshè)第四页，共28页。一切波都能发生(fāshēng)衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生(fāshēng)明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多．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(zhàoshè)，在缝后适当距离处放一个像屏．激光束像屏衍射(yǎnshè)的条件第五页，共28页。单缝衍射单击画面观看录像第六页，共28页。单缝衍射条纹(tiáowén)的特征图样(túyàng)特征1、中央(zhōngyāng)亮纹宽而亮．2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．第七页，共28页。不同波长的单缝衍射观察以下(yǐxià)衍射图样，分析衍射规律：不同缝宽的单缝衍射不同色光的单缝衍射第八页，共28页。图样(túyàng)分析1、波长一定时，单缝窄的中央(zhōngyāng)条纹宽，各条纹间距大．2、单缝不变时，光波越长(yuèchánɡ)的〔红光〕中央亮纹越宽，条纹间隔越大．3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．单缝衍射规律第九页，共28页。圆孔衍射(yǎnshè)ABS1、孔较大(jiàodà)时——屏上出现清晰的光斑2、孔较小时——屏上出现衍射(yǎnshè)把戏明暗相间的间距不等的同心圆环第十页，共28页。3.圆屏衍射(yǎnshè)泊松亮斑：光照(guāngzhào)在一个不透明的小圆板上，光绕过板的边缘，在屏的中心叠加形成一个亮斑．明暗相间的间距(jiānjù)不等的同心圆环，中心有一“泊松亮斑〞．圆屏衍射第十一页，共28页。1818年，当法国物理学家菲汉耳提出光的波动理论时，著名数学家泊松根据菲涅耳的理论推算出：把一个不透光的小的圆盘状物放在光束中，在距这个(zhège)圆盘一定距离的像屏上，圆盘的阴影中心应当出现一个亮斑．人们从未看过和听说过这种现象，因而认为这是荒唐的，所以泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅耳的波动理论，菲涅耳接受了这一挑战，精心研究，“奇迹〞终于出现了，实验证明圆盘阴影中心确实有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．第十二页，共28页。光沿直线传播只是一个近似的规律(guīlǜ)：当光的波长比障碍物或孔的尺寸小得多时，可认为光是沿直线传播的，当光的波长与障碍物或孔的尺寸可以相比较时将产生明显的衍射现象光的衍射(yǎnshè)现象再次证明光是一种波．第十三页，共28页。干预与衍射条纹(tiáowén)的关系光的干预现象和衍射现象都是光具有波动性的有力的实验证据．它们都是由于光的叠加而产生的，但两者的条纹却有如下(rúxià)区别：双缝干预的条数较多，明(或暗)条纹的间距相等，各亮条纹的亮度差异较小；单缝衍射的条纹的条数较少，明(或暗)条纹的间距不等，中央亮条纹最亮最宽，两侧亮条纹较暗较窄．第十四页，共28页。［例1］以下现象属于干预现象的是____，属于衍射现象的是_______，属于色散现象的是____．A．雨后彩虹B．蝉翼翅膀上的彩色C．用力压紧玻璃板可看到彩色花纹D．透过绸布看灯光可看到花纹E．眯起眼睛看灯丝，灯丝被拉长F．通过(tōngguò)放大镜看物体，物体的边缘是彩色的．第十五页，共28页。解析：区分干预，衍射和色散的方法是分析装置的结构特点，厚的不平行(píngxíng)透明体是色散，双缝和薄膜是干预，单缝、单孔、单丝、多缝、多孔、多丝是衍射，所以属于色散的是A、F；属于干预的是B、C；属于衍射的是D、E．第十六页，共28页。例2.对于单缝衍射(yǎnshè)现象，以下说法正确的选项是()A．缝的宽度d越小，衍射(yǎnshè)条纹越亮B．缝的宽度d越小，衍射(yǎnshè)现象越明显C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线D．入射光的波长越短，衍射(yǎnshè)现象越明显解析:产生明显的衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸(chǐcun)跟波长差不多，或者比波长小．由于光波波长都是很短，所以在单缝衍射现象中，缝的宽度d越小，衍射现象越明显．所以B答案是正确的．缝的宽度d越小，透过缝的光的能量越小，亮度也越小，故A错．缝的宽度d越小，越容易发生衍射，即容易偏离直线路径绕到障碍物阴影中去，故C错，在缝的宽度d不变的情况下，入射光波长越短，越不容易发生衍射现象，故D错．所以正确答案应选B．第十七页，共28页。例3.使太阳光垂直照射到一块遮光板上，板上有可以自由收缩的正方形孔，孔的后面放置一个光屏，在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中，光屏上依次可以看到几种(jǐzhǒnɡ)不同的现象，试把以下现象依次排列：A．圆形光斑B．明暗相间的彩色条纹C．变暗消失D．正方形光斑E．正方形光斑由大变小解析:由于光的波长很短，因此当孔很大时，不会使光发生明显的衍射现象，此时光的传播可看做直线，可在屏上得到孔的影；当孔继续减小时，虽不能使光发生明显的衍射现象，但可以在屏上成一太阳的像；孔继续减小时，光开始发生明显的衍射现象，出现明暗相间的彩色条纹；孔进一步减小直至闭合(bìhé)，那么由于进光量的减小而使光线变暗消失．答案:正确的顺序是：D、E、A．D．C点拨:弄清光的直线传播规律，小孔成像的原理，光波(guāngbō)发生明显衍射现象的条件．第十八页，共28页。［例4］在做单缝衍射实验(shíyàn)中，以下说法中正确的选项是A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽解析：当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径(lùjìng)越远，条纹间距越大；当光的波长一定时，单缝宽度越小衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长一定、单缝的宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽．故答案为ACD．第十九页，共28页。【同步(tóngbù)练习】1．用红光进行双缝干预实验时(缝极窄)，如果用不透光的纸遮住一个缝，那么屏上出现的是A．一片(yīpiàn)黑暗B．一片(yīpiàn)红光C．原干预条纹形状不变，但亮度减弱D．不等间距的红黑相间的条纹答案：D解析：屏上将出现(chūxiàn)红光的单缝衍射图样，即不等间距的红、黑相间的条纹．第二十页，共28页。2．以下关于光现象的说法正确的选项是A．一个面光源发出的光经较大的障碍物后在屏上的影有本影和半影，这是光发生衍射的结果B．把两支铅笔捏紧，通过中央的细缝去观察日光灯，会看到彩色条纹，这是光发生衍射的结果C．白光通过单缝衍射时，偏离中央亮纹最远的是红光D．一束平行(píngxíng)白光经凸透镜折射后，在其后的屏上也会看到彩色的亮环，这是光发生衍射的结果答案：BC解析：选项A是由光的直线传播产生的；选项B是光的衍射产生的；选项C是因为白光中红色光的波长最长，亮纹最宽，故偏离中央亮纹最远；选项D是色散(sèsàn)现象．第二十一页，共28页。3．下面哪些现象属于光的衍射现象A．雨后美丽(měilì)的彩虹B．对着日光灯从两铅笔的缝中看到的色彩条纹C．阳光下肥皂膜上的彩色条纹D．光通过三棱镜产生的色彩条纹答案：B解析：雨后的彩虹(cǎihóng)和光通过三棱镜产生的彩色条纹都是由于光的色散而形成的，是光的折射现象；阳光下肥皂膜上的彩色条纹是光的薄膜干预现象；对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹是单缝衍射现象．第二十二页，共28页。4．点光源照射到一个(yīɡè)障碍物，屏上所形成的阴影的边缘局部模糊不清，产生的原因是A．光的反射B．光的折射C．光的干预D．光的衍射答案：D解析：光在传播过程中遇到障碍物，要发生衍射，进到阴影局部去，只是障碍物太大时，衍射现象不明显(míngxiǎn)，所以只在障碍物影子边缘出现不太显著的衍射现象，使影子边缘的轮廓模糊不清．第二十三页，共28页。5．关于衍射以下说法正确(zhèngquè)的选项是A．衍射现象中衍射把戏有暗条纹的出现是光的叠加的结果B．双缝干预中也存在着光的衍射现象C．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实D．一切波都可以产生衍射答案(dáàn)：ABD解析：衍射条纹是叠加产生的，衍射条纹的范围远远超出了直线传播的区域，A、B正确．衍射是波特有的现象，D正确．第二十四页，共28页。6．在用单色平行光照射单缝以观察(guānchá)衍射现象时，下面说法正确的选项是A．缝越窄，衍射现象越明显B．缝越宽，衍射现象越明显C．照射光的波长越短，衍射现象越明显D．照射光的波长越长，衍射现象越明显答案：AD解析：由于可见光的波长(bōcháng)非常短，一般为微米数量级，所以，当缝越窄时衍射现象越明显，对光波言，波长(bōcháng)越长的光，其衍射