第18章 光的衍射3
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第3节 光的衍射与偏振
(3)光的衍射现象表明: 光沿直线传播只是一种近似的规律，只有在衍射不明显的
情况下，光才可以看近似作是沿直线传播的；
二、光的偏振
1、什么是偏振？
(1)当横波的振动方向与狭缝的方向 垂直 时，狭缝将 阻断 横波传播的这种现象叫波的 偏振现象 。
(2)只有 横波 才有偏振现象，纵波 无 偏振现象。 (3)如果横波的振动方向仅在一个平面内，这种横波叫做偏振波。
3、光的衍射图像的特征： （1）单色光：中间最宽、最亮；两边迅速变窄、变暗； （2）白光：中间是 白色条纹 、两侧是 彩色条纹 ；
4、衍射的本质: (1)衍射和干涉的本质一样，都是光的叠加导致了相互加强
或相互削弱从而形成明暗条纹；
(2)当光的波长比障碍物的尺寸小或相差不多时，才可以 观察到明显的衍射；
第3节 光的衍射与偏振
光的干涉现象证明了光具有波动性，光既然是 一种波，那么光在传播中是否也能发生波的另一种 特有现象——衍射现象呢？
一、光的衍射
1、单缝衍射： 单
色 光
2、圆孔衍射：
单 色
光
以上现象都说明: 光通过很小的狭缝或圆孔时，明显的偏离了直线传播方向， 绕过了障碍物，传播到了相当宽的范围 ——光的衍射。 光的衍射现(1)偏振片：
由特殊材料制成，带有一个 特殊方向（透光方向）的光学仪器， 只有当光的振动方向与透光方向 平行 时，该光波才能透过偏振片。
(2)实验探究：
无
有
明
明
暗
暗
交
交
替
替
现
现
偏振片1
象
偏振片2
象
太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播方向的平面内， 包含沿一切方向振动的光，这种光称为自然光。
情况下，光才可以看近似作是沿直线传播的；
二、光的偏振
1、什么是偏振？
(1)当横波的振动方向与狭缝的方向 垂直 时，狭缝将 阻断 横波传播的这种现象叫波的 偏振现象 。
(2)只有 横波 才有偏振现象，纵波 无 偏振现象。 (3)如果横波的振动方向仅在一个平面内，这种横波叫做偏振波。
3、光的衍射图像的特征： （1）单色光：中间最宽、最亮；两边迅速变窄、变暗； （2）白光：中间是 白色条纹 、两侧是 彩色条纹 ；
4、衍射的本质: (1)衍射和干涉的本质一样，都是光的叠加导致了相互加强
或相互削弱从而形成明暗条纹；
(2)当光的波长比障碍物的尺寸小或相差不多时，才可以 观察到明显的衍射；
第3节 光的衍射与偏振
光的干涉现象证明了光具有波动性，光既然是 一种波，那么光在传播中是否也能发生波的另一种 特有现象——衍射现象呢？
一、光的衍射
1、单缝衍射： 单
色 光
2、圆孔衍射：
单 色
光
以上现象都说明: 光通过很小的狭缝或圆孔时，明显的偏离了直线传播方向， 绕过了障碍物，传播到了相当宽的范围 ——光的衍射。 光的衍射现(1)偏振片：
由特殊材料制成，带有一个 特殊方向（透光方向）的光学仪器， 只有当光的振动方向与透光方向 平行 时，该光波才能透过偏振片。
(2)实验探究：
无
有
明
明
暗
暗
交
交
替
替
现
现
偏振片1
象
偏振片2
象
太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播方向的平面内， 包含沿一切方向振动的光，这种光称为自然光。
高中物理新选修课件光的衍射和偏振
二者关系总结归纳
衍射和偏振的联系
衍射和偏振的区别
衍射和偏振是光传播过程中的两种重 要现象，它们之间存在密切的联系。 衍射会引起光的偏振状态发生变化， 而偏振光在衍射过程中也会表现出特 殊的性质。
衍射是光在传播过程中遇到障碍物或 小孔时产生的弯曲现象，而偏振则是 光波中电场向量的振动方向对于光的 传播方向的不对称性。虽然它们之间 存在联系，但衍射和偏振是两种不同 的物理现象。
研究意义和应用价值
对衍射和偏振的深入研究有助于我们 更好地理解光的本质和传播规律，为 光学、物理学以及相关领域的研究和 应用提供重要的理论支持和实践指导 。例如，在光学仪器设计、光通信、 光信息处理等领域，合理利用衍射和 偏振的原理和技术可以提高系统的性 能和稳定性。
04
实验设计与操作指南
实验目的和原理介绍
实验步骤详细指导
01
偏振实验步骤
02
03
04
1. 打开激光器，将偏振片放 置在激光器出射光路上。
2. 旋转偏振片，观察光屏上 的光斑变化，记录不同透振方
向下的光强变化。理。
数据记录和处理方法
数据记录
在实验过程中，需要详细记录实验条件（如缝隙宽度、偏振片角度等）、观察到的现象（如光斑形状、光强变化 等）以及测量得到的数据（如光强分布曲线、透射光强等）。建议使用表格或图表形式进行记录，以便后续分析 处理。
偏振现象应用举例
• 摄影：在摄影镜头前装上一个偏振滤光片，利用光的偏振原理，当偏振滤光片 的透振方向与反射光的偏振方向垂直时，反射光不能通过偏振滤光片，从而减 弱了反射光的影响。
• 液晶显示：液晶显示用到了光的偏振现象。两块透振方向相互垂直的偏振光片 当中插进一个液晶盒，盒内液晶层的上下是透明的电极板，它们刻成了数字笔 画的形状。外界的自然光通过第一块偏振光片后，成了偏振光。若在两片电极 板上加上适当的电压，其中液晶内与其长轴方向一致的分子按电压的大小重新 排列，随着液晶的旋转，液晶盒两板的透振方向也发生旋转。这样，从入射的 偏振光中能通过液晶盒的光就从一个值变化到另一个值。采用RGB（红绿蓝 ）颜色来显示数字和图像。
光的衍射、光的偏振 课件
【规范解答】选D.光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光， 而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能 发生干涉、衍射，所以A错．光的偏振现象并不罕见，除了从 光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏 振光，所以B错．光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向 无关，所以C错．自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底 片感光,D正确.
（3）泊松亮斑：障碍物的衍射现象. 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不 清.若在单色光传播途中，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. 2.产生明显衍射现象的条件 障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长_相__比__，甚至比光的波长还 要_小__.
偏振光
光的来源
直接从光源 发出的光
自然光通过起偏器后的 光或由某种介质反射或 折射的光
在垂直于光的传播方
在垂直于光的传播方向
光的振 动方向
向的平面内，光振动沿所 的平面内，光振动沿某 有方向，且沿各个方向振 个特定方向（与起偏器 动的光波的强度都相同 透振方向一致）
【特别提醒】 (1)生活中除光源直接发出的光外，我们看到的 绝大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的反射和折射光 线，尤其是二者互相垂直时，都是典型的偏振光，并且是完全 偏振光，振动方向相互垂直. (2)只有横波才能发生偏振现象，光是横波.
3.光的衍射现象和光的直线传播的关系 光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比_障__碍__物__或_小__ _孔__尺寸小的多时，光可以看成沿直线传播；在小孔或障碍物尺 寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，_衍__射__现象就十分明 显.
二、光的偏振 1.偏振现象 （1）自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着 在垂直于传播方向上沿_一__切__方__向__振__动__的光，而且沿各个方向振 动的光波的_强__度__都相同. （2）偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播 方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光.自然光在玻璃、 水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是_偏__振__光，入射角 变化时偏振的程度也有所变化. （3）只有横波才有偏振现象.
第3节 光的衍射
第3节光的衍射衍射(diffraction)是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。
在经典物理学中，波在穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后会发生不同程度的弯散传播。
假设将一个障碍物置放在光源和观察屏之间，则会有光亮区域与阴晦区域出现于观察屏，而且这些区域的边界并不锐利，是一种明暗相间的复杂图样。
这现象称为衍射，当波在其传播路径上遇到障碍物时，都有可能发生这种现象。
除此之外，当光波穿过折射率不均匀的介质时，或当声波穿过声阻抗(acoustic impedance)不均匀的介质时，也会发生类似的效应。
在一定条件下，不仅水波、光波能够产生肉眼可见的衍射现象，其他类型的电磁波(例如X射线和无线电波等)也能够发生衍射。
由于原子尺度的实际物体具有类似波的性质，它们也会表现出衍射现象，可以通过量子力学进行研究其性质。
在适当情况下，任何波都具有衍射的固有性质。
然而，不同情况中波发生衍射的程度有所不同。
如果障碍物具有多个密集分布的孔隙，就会造成较为复杂的衍射强度分布图样。
这是因为波的不同部分以不同的路径传播到观察者的位置，发生波叠加而形成的现象。
衍射的形式论还可以用来描述有限波(量度为有限尺寸的波)在自由空间的传播情况。
例如，激光束的发散性质、雷达天线的波束形状以及超声波传感器的视野范围都可以利用衍射方程来加以分析。
光的衍射光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学传播定律的现象。
几何光学表明，光在均匀媒质中按直线定律传播，光在两种媒质的分界面按反射定律和折射定律传播。
但是，光是一种电磁波，当一束光通过有孔的屏障以后，其强度可以波及到按直线传播定律所划定的几何阴影区内，也使得几何照明区内出现某些暗斑或暗纹。
总之，衍射效应使得障碍物后空间的光强分布既区别于几何光学给出的光强分布，又区别于光波自由传播时的光强分布，衍射光强有了一种重新分布。
衍射使得一切几何影界失去了明锐的边缘。
意大利物理学家和天文学家F.M.格里马尔迪在17世纪首先精确地描述了光的衍射现象，150年以后，法国物理学家A.~J.菲涅耳于19世纪最早阐明了这一现象。
光的衍射(教学课件)(完整版)
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,只是明条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央明条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的明条纹
D.无条纹,只存在一片红光
答案:B
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样
不同。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现明条纹,但衍射图样
（1）孔较大时——屏上出现清晰的光斑
ASLeabharlann 几乎沿直线传播学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（2） 孔较小时—
—屏上出现衍射花
样（亮暗相间的不
等间距的圆环，这
些圆环的范围远远
超过了光沿直线传
播所能照明的范围）
以中央最亮的光斑为圆心的逐
渐变暗的不等距的同心圆
学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（3）圆孔衍射图样的两个特点
答案:A
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:干涉条纹是等间距的条纹,因此题图a、b是干涉图样,题图c、d
是衍射图样,故A项正确,B项错误;由公式Δx=
λ可知,条纹宽的入射光
的波长长,所以题图a图样的光的波长比题图b图样的光的波长长,故C项
错误;图c的衍射现象比图d的衍射现象更明显,因此题图c图样的光的波
中央明条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹,干涉图样为等间隔的明
暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹,且亮度
迅速减弱,所以选项B正确。
祝你学业有成
2024年5月2日星期四1时48分21秒
S
学习任务一：光的衍射
2.光的明显衍射条件
)
A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是明条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央明条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的明条纹
D.无条纹,只存在一片红光
答案:B
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样
不同。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现明条纹,但衍射图样
（1）孔较大时——屏上出现清晰的光斑
ASLeabharlann 几乎沿直线传播学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（2） 孔较小时—
—屏上出现衍射花
样（亮暗相间的不
等间距的圆环，这
些圆环的范围远远
超过了光沿直线传
播所能照明的范围）
以中央最亮的光斑为圆心的逐
渐变暗的不等距的同心圆
学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（3）圆孔衍射图样的两个特点
答案:A
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:干涉条纹是等间距的条纹,因此题图a、b是干涉图样,题图c、d
是衍射图样,故A项正确,B项错误;由公式Δx=
λ可知,条纹宽的入射光
的波长长,所以题图a图样的光的波长比题图b图样的光的波长长,故C项
错误;图c的衍射现象比图d的衍射现象更明显,因此题图c图样的光的波
中央明条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹,干涉图样为等间隔的明
暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹,且亮度
迅速减弱,所以选项B正确。
祝你学业有成
2024年5月2日星期四1时48分21秒
S
学习任务一：光的衍射
2.光的明显衍射条件
光的衍射 课件
成因
相同点
叠加时加强或削弱的结果
意义 都是波特有的现象，表明光是一种波
关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是( ) A．光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的 叠加原理 B．光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的 C．光的干涉现象说明具有波动性，光的衍射现象不能说明 这一点 D．光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果
答案： BD
2．衍射光栅 (1)衍射光栅的结构：由许多_等__宽___的狭缝_等___间__距___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．
二、光的偏振 1．横波与纵波的特点：横波中各点的振动方向总与波的传播 方向_垂__直___．纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在 __同__一__直__线____上．__横___波有偏振现象．
解析： 自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振 片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光．从电灯直接发 出的光为自然光，则 A 错；它通过 A 偏振片后即变为偏振光，则 B 对；设通过 A 的光沿竖直方向振动，则 B 偏振片只能通过沿水 平方向振动的偏振光，则 P 点无光亮，将 B 转过 90°时，偏振光 与 B 偏振片平行，偏振光就能通过偏振片在 P 处就可看到光亮， D 项正确．
光波才能通过偏振片
结论
偏振现象表明，光是一种横波
偏振光的 形成
(1)自然光通过_偏__振__片___后，得到偏振光 (2)自然光在介质表面反射时，_反__射___光和 __折__射__光都是偏振光
偏振现象 (1)照相机镜头前加滤光片
的应用 (2)电子表的液晶显示
光的衍射ppt课件
衍射光栅的原理与应用
详细阐述了衍射光栅的工作原理、制作方法和应 用领域，如光谱分析、光学测量等。
3
光的干涉与衍射的联系与区别
分析了光的干涉和衍射之间的内在联系和本质区 别，帮助学生更好地理解这两种光学现象。
学生自我评价报告分享
学习成果展示
学生们通过制作ppt、报告等形式，展示了自己在光的衍射课程学 习中所取得的成果，包括对基本概念的掌握、实验技能的提升等。
波动理论与衍射原理
波动理论
光是一种电磁波，具有波动性质，如 干涉、衍射等。
衍射原理
光波遇到障碍物或小孔时，会绕过障 碍物继续传播，形成新的波前，使光 偏离直线传播。
光源、波长与衍射关系
01
02
03
光源
点光源发出的球面波经障 碍物衍射后形成新的波前 。
波长
波长越长，衍射现象越明 显。对于同一障碍物，不 同波长的光产生的衍射程 度不同。
加强实验技能训练
鼓励学生们加强实验技能的训练，提高实验操作的准确性 和熟练度，培养自己的实践能力和创新精神。
拓展相关应用领域
引导学生们关注光学在各个领域的应用和发展动态，如光 通信、光计算、生物医学光学等，拓展自己的视野和知识 面。
THANKS
感谢观看
光的衍射ppt课件
• 光的衍射现象与原理 • 典型衍射实验及观察 • 衍射在生活中的应用 • 衍射在科学研究领域应用 • 现代技术中利用和控制衍射 • 总结与展望
01
光的衍射现象与原理
衍射现象及其分类
衍射现象
光在传播过程中遇到障碍物或小 孔时，偏离直线传播的现象。
分类
根据衍射程度的不同，可分为明 显衍射和菲涅尔衍射。
衍射后的光线被光检测器接收并转换成电信号，经过处理还原成声音或图像信息。
详细阐述了衍射光栅的工作原理、制作方法和应 用领域，如光谱分析、光学测量等。
3
光的干涉与衍射的联系与区别
分析了光的干涉和衍射之间的内在联系和本质区 别，帮助学生更好地理解这两种光学现象。
学生自我评价报告分享
学习成果展示
学生们通过制作ppt、报告等形式，展示了自己在光的衍射课程学 习中所取得的成果，包括对基本概念的掌握、实验技能的提升等。
波动理论与衍射原理
波动理论
光是一种电磁波，具有波动性质，如 干涉、衍射等。
衍射原理
光波遇到障碍物或小孔时，会绕过障 碍物继续传播，形成新的波前，使光 偏离直线传播。
光源、波长与衍射关系
01
02
03
光源
点光源发出的球面波经障 碍物衍射后形成新的波前 。
波长
波长越长，衍射现象越明 显。对于同一障碍物，不 同波长的光产生的衍射程 度不同。
加强实验技能训练
鼓励学生们加强实验技能的训练，提高实验操作的准确性 和熟练度，培养自己的实践能力和创新精神。
拓展相关应用领域
引导学生们关注光学在各个领域的应用和发展动态，如光 通信、光计算、生物医学光学等，拓展自己的视野和知识 面。
THANKS
感谢观看
光的衍射ppt课件
• 光的衍射现象与原理 • 典型衍射实验及观察 • 衍射在生活中的应用 • 衍射在科学研究领域应用 • 现代技术中利用和控制衍射 • 总结与展望
01
光的衍射现象与原理
衍射现象及其分类
衍射现象
光在传播过程中遇到障碍物或小 孔时，偏离直线传播的现象。
分类
根据衍射程度的不同，可分为明 显衍射和菲涅尔衍射。
衍射后的光线被光检测器接收并转换成电信号，经过处理还原成声音或图像信息。
光的衍射ppt课件完整版
详细阐述了光的衍射现象，包括衍射的定义、产 生条件、分类等，并通过公式和图示深入解释了 衍射的原理。
衍射实验演示与分析
通过实验演示了光的衍射过程，让学员直观感受 衍射现象，同时结合理论知识进行分析，加深学 员对衍射现象的理解。
衍射在光学领域的应用
介绍了衍射在光学领域的广泛应用，如光谱分析 、光学仪器制造等，让学员了解衍射在实际应用 中的重要性。
光的波动模型
光波是一种电磁波，具有振幅、频率 、波长等特性。光波的传播遵循波动 方程。
波动性与衍射关系解析
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物或 孔径时，会偏离直线传播路径， 产生衍射现象。衍射是波动性的
重要表现。
衍射条件
衍射现象的发生与光的波长、障 碍物或孔径的尺寸以及光波的传 播方向有关。当波长较长、障碍 物或孔径尺寸较小时，衍射现象
预备工作要求
明确下一讲前需要完成的预习任务、实验操作等预备工作，确保学员能够顺利进入下一阶段的学习。
THANK YOU
该公式描述了光波在自由空间中传播时，遇到障碍物后的衍射光场分布。它是基于波动方 程的解，并引入了基尔霍夫的边界条件。
公式推导过程
从波动方程出发，利用格林函数和基尔霍夫的边界条件，可以推导出菲涅尔-基尔霍夫衍 射公式。具体过程涉及复杂的数学运算和物理概念的深入理解。
夫琅禾费衍射近似条件讨论
01
夫琅禾费衍射的定义
光的衍射ppt课件完整版
目 录
• 光的衍射概述 • 光的波动性与衍射关系 • 典型衍射实验介绍 • 衍射理论计算方法 • 现代光学中衍射技术应用举例 • 总结与展望
01
光的衍射概述
衍射现象及定义
衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或 小孔时，光将偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象 ，叫光的衍射。
衍射实验演示与分析
通过实验演示了光的衍射过程，让学员直观感受 衍射现象，同时结合理论知识进行分析，加深学 员对衍射现象的理解。
衍射在光学领域的应用
介绍了衍射在光学领域的广泛应用，如光谱分析 、光学仪器制造等，让学员了解衍射在实际应用 中的重要性。
光的波动模型
光波是一种电磁波，具有振幅、频率 、波长等特性。光波的传播遵循波动 方程。
波动性与衍射关系解析
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物或 孔径时，会偏离直线传播路径， 产生衍射现象。衍射是波动性的
重要表现。
衍射条件
衍射现象的发生与光的波长、障 碍物或孔径的尺寸以及光波的传 播方向有关。当波长较长、障碍 物或孔径尺寸较小时，衍射现象
预备工作要求
明确下一讲前需要完成的预习任务、实验操作等预备工作，确保学员能够顺利进入下一阶段的学习。
THANK YOU
该公式描述了光波在自由空间中传播时，遇到障碍物后的衍射光场分布。它是基于波动方 程的解，并引入了基尔霍夫的边界条件。
公式推导过程
从波动方程出发，利用格林函数和基尔霍夫的边界条件，可以推导出菲涅尔-基尔霍夫衍 射公式。具体过程涉及复杂的数学运算和物理概念的深入理解。
夫琅禾费衍射近似条件讨论
01
夫琅禾费衍射的定义
光的衍射ppt课件完整版
目 录
• 光的衍射概述 • 光的波动性与衍射关系 • 典型衍射实验介绍 • 衍射理论计算方法 • 现代光学中衍射技术应用举例 • 总结与展望
01
光的衍射概述
衍射现象及定义
衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或 小孔时，光将偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象 ，叫光的衍射。
光学3(光的衍射)
S
S
光的衍射分类
菲涅耳衍射 (近场衍射) 光源O ,观察屏E 到衍射屏S 的距离为有限远的衍射 夫琅禾费衍射 (远场衍射) 光源O ,观察屏E 到衍射屏S 的距离均为无穷远的衍射
S O
P
P0
E
无限远光源
S
无限远相遇
( 菲涅耳衍射 )
( 夫琅禾费衍射 )
菲涅耳简介 法国物理学家，主要成就有： (1)用定量形式建立了惠更斯--菲涅耳原 理，完善了光的衍射理论； (2)1821年与阿拉果一起研究了偏振光的 干涉，确定了光是横波； (3)1823年发现了光的圆偏振和椭圆偏振 现象，用波动说解释了偏振面的旋转；
L
物空间 像空间
B
z
A
B
由阿贝正弦条件
又 可得
n
n
f
z A
nz sin nz sin
A
明纹条件
a sin (2k 1) ， k 1,2,3„ 2
讨论： 为什么明、暗纹条件式中不包含k ＝0
(1) 暗纹条件
a sin 2k ，k 1,2,3„ 2
?
k =0对应着θ ＝0，是中央明纹的中心,不符合该式的含义。
(2) 明纹条件
k=0虽对应于一个半波带形成的亮点，但仍处在中央 明纹的范围内，呈现不出单独的明纹。中央明纹是对 应于 k 1 的两条暗纹之间的部分。
1877至1878年期间，为了解释“天空为什么呈现蓝色”，导出了分子 散射公式，即瑞利散射定律。在实验方面，他进行了光栅分辨率和衍射的 研究，第一个对光学仪器的分辨率给出明确的定义；这项工作导致后来关 于光谱仪的光学性质等一系列基础性的研究，对光谱学的发展起了重要作 用。 1882至1892年从密度的测量中发现了第一个惰性气体——氩。并协助化 学家拉姆赛发现了氦，氪和氖。1904年二人分别获诺贝尔物理学奖和化学奖。
《大学物理讲义》 习题答案
dr i dt
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2 2 2 2 r h -r v0 i 2 2 3 （ r h ）
船的加速度矢量为
d dx d a i v0 [r r 2 h 2 dt dt dt
-
1 2
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《大学物理讲义》习题解答
dr v0 r 2 h 2 dt
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2 2
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i 54 j i 6 j 24 jm / s
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a
t 2s O
1
习题 1-1 解答图
t 0 5 x/m
前 3s 内它的路程
S x1 x2 4 1 5m
前 3s 内它的位移
x x1 x2 4 1 3m
1-2 有一质点沿 x 轴作直线运动，t 时刻的坐标为
dr v i 6t 2 j m / s dt
光的衍射(郭利)
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
gl
练习二
•在用单色平行光照射单缝以观察衍射现 象时，下面说法正确的是（ ＡＤ ）
•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
4
1
2
3
-3Βιβλιοθήκη -2-10
1
2
3
※ 对同级明纹，波长较长的光波衍射角较大。 ※ 白光或复色光入射，高级次光谱会相互重叠。
gl
练习一
• 以下关于光现象的说法正确的是( BC )
• 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
• 3、白光的衍射图样：中央是大且亮的白色光
斑，周围是彩色同心圆环。
gl
单缝衍射
gl
透 光镜 源
S
缝宽大约十分之几毫米
透 镜
缝宽由窄变宽时，衍射条纹变化
gl
单缝衍射
gl
单缝衍射
观察下列衍射图样，分析衍射规律：
不同缝宽的单缝衍射 不同波长的单缝衍射
gl
gl
单缝衍射
• 1、单色光的衍射图样：中央亮条纹最宽最亮，离 中央条纹越远，亮条纹的宽度越窄，亮度越弱。
S1 S2
恰能分辨
S1 S2
不能分辨
S1 S
gl
分辨星星
如果用望远镜观 察到在视场中靠得 很近的四颗星星恰 能被分辨。
• 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
gl
练习二
•在用单色平行光照射单缝以观察衍射现 象时，下面说法正确的是（ ＡＤ ）
•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
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-3Βιβλιοθήκη -2-10
1
2
3
※ 对同级明纹，波长较长的光波衍射角较大。 ※ 白光或复色光入射，高级次光谱会相互重叠。
gl
练习一
• 以下关于光现象的说法正确的是( BC )
• 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
• 3、白光的衍射图样：中央是大且亮的白色光
斑，周围是彩色同心圆环。
gl
单缝衍射
gl
透 光镜 源
S
缝宽大约十分之几毫米
透 镜
缝宽由窄变宽时，衍射条纹变化
gl
单缝衍射
gl
单缝衍射
观察下列衍射图样，分析衍射规律：
不同缝宽的单缝衍射 不同波长的单缝衍射
gl
gl
单缝衍射
• 1、单色光的衍射图样：中央亮条纹最宽最亮，离 中央条纹越远，亮条纹的宽度越窄，亮度越弱。
S1 S2
恰能分辨
S1 S2
不能分辨
S1 S
gl
分辨星星
如果用望远镜观 察到在视场中靠得 很近的四颗星星恰 能被分辨。
高二物理知识点详解光的衍射与干涉现象
高二物理知识点详解光的衍射与干涉现象光是一种电磁波，除了直线传播外，还会发生衍射和干涉现象。
衍射和干涉是光的波动性质的重要表现，也是物理学中的重要研究内容。
本文将详细解析光的衍射与干涉现象。
一、光的衍射1. 衍射现象的定义和特点光的衍射是指光通过孔径或物体边缘时的偏向现象。
其特点包括：（1）光的波动性质：光的波动性质使得光能够衍射。
（2）波的理论：光的波动性质可通过波的理论解释。
2. 衍射公式及应用光的衍射公式表示为：D·sinθ = m·λ，其中D为衍射的衍射度，θ为衍射角，m为光的级别（m=0,1,2,…），λ为光的波长。
光的衍射可应用于天文学、物理实验等领域。
例如，在显微镜中，光通过物体的孔径或衍射屏，能够形成衍射图案，有效地观察物体的微观结构。
二、光的干涉1. 干涉现象的定义和特点光的干涉是指两个或多个光波相遇产生交叠叠加的现象。
其特点包括：（1）光波的叠加原理：两个光波相遇时，会叠加形成干涉条纹。
（2）明暗条纹交替出现：干涉条纹有明暗相间的特点。
（3）干涉现象的条件：干涉现象需要两个相干光源和光程差。
2. 干涉的类型光的干涉分为两种类型：相干干涉和非相干干涉。
（1）相干干涉：相干光通过初始相差不大的主光源形成。
例如Young双缝干涉实验。
（2）非相干干涉：非相干光通过光学装置形成。
例如牛顿环干涉实验。
3. 干涉的应用干涉现象广泛应用于光学仪器和光学测量等领域。
例如，在干涉仪中，利用干涉现象可以测定光的波长、光的折射率等物理量。
三、光的衍射与干涉在生活中的应用光的衍射与干涉现象在生活中也有许多实际应用。
1. 光的衍射应用（1）CD/DVD光盘：CD/DVD光盘的读写过程是依赖光的衍射原理，利用光的波动性质在光盘上的小凹槽和小凸起之间读取信息。
（2）显微镜：通过使用光的衍射现象，显微镜可以放大被观察物体的显微结构，使其更清晰可见。
2. 光的干涉应用（1）干涉仪：干涉仪是一种利用光的干涉现象测量物理量的精密光学仪器，常用于光学测量、波长测量、折射率测量等。
光的衍射ppt课件上课解析
三、圆孔衍射
光沿直线传播
1、孔较大时—— 屏上出现光斑， 但边缘有些模糊. 光的衍射
A S
B
三、圆孔衍射
光沿直线传播
2、孔减小时—— 屏上出现光源倒立的像
小孔成像
A S
B
三、圆孔衍射
光的衍射
3、孔较小时—— 屏上出现衍射图样。
A S
B
猜一猜：
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不同的现象，试 把下列现象依次排列：
A．圆形光斑
答案：D→E→A→B→C
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
四、圆盘衍射
不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的 物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓 模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而 发生衍射的结果．历史上曾有一个著名的 衍射图样——泊松亮斑．(阅读教材)
6、我们经常可以看到，凡路边施工处总挂 有红色的电灯，这除了红色光容易引起人的 视觉注意以外，还有一个重要的原因，这一 原因是红色光（ A ） A．比其他色光更容易发生衍射
B．比其他可见光更容易发生干涉
C．比其他可见光更容易发生反射
D．比其他可见光更容易发生折射
7、关于衍射下列说法正确的是（ A B D） A．衍射现象中衍射花样有亮暗条纹的出现是 光的叠加的结果。
D、光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直 线传播，不存在光的衍射．
例2：下面四种现象中，哪些不是光的衍射 现象造成的（ C ） A．通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光 的日光灯管，会看到平行的彩色条纹；
2024年高中物理新教材讲义：光的衍射
5光的衍射[学习目标] 1.知道光的衍射现象，了解产生明显衍射现象的条件(重点)。
2.知道衍射条纹的特点，会区分衍射条纹和干涉条纹(重难点)。
一、光的衍射1．用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。
这就是光的衍射现象。
2．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，出现明暗相间的条纹。
3．发生明显衍射现象的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显。
有同学说：“光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，光不再发生衍射现象”，这种说法对吗？答案不对。
衍射现象是一定会发生，大光斑说明光是沿直线传播的，衍射现象不明显，但大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的。
三种衍射图样的特点：1．单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。
(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大。
2.圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。
如图所示。
(1)中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。
(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。
(3)用不同单色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。
(4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色的同心圆环。
3．圆板衍射(泊松亮斑)(1)若在单色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。
衍射图样如图所示。
(2)中央是亮斑(与圆孔衍射图样中心亮斑比较，泊松亮斑较小)，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。
(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。
18 光的衍射共76页文档
——零级明纹中心
2） u k ，A=0，I＝0，此时 a sin k (k 1, 2, ......)
——k 级暗纹中心 3）令 dI 0 可得其它明纹中心位置满足：tan u u ，
du 或近似表为：
a sin (k 1) (k 1, 2, 3......)
2 ——k 级暗纹中心
结论：
A
a
A
Asin(N /2) sin( /2)
A sin sin(/ N)
a
N
l
NAsin /N
A0
sin
B
(A0 NA)
1 2 3
4
A
A0
sin
I
I0
(sin)2
I I0
( asin)
-3/a -2/a -/a O /a 2/a 3/a sin
讨论：
1） u 0 ，即 0 ， A A0 ， I I 0
波传播到各点，都可以视为发射子波的波源。 从各点发出子波，在空间相遇时，也可相互迭加而 产生干涉现象 光的衍射的实质：多光束干涉
P
3.菲涅尔衍射与夫琅和费衍射
菲涅尔衍射
夫 琅 和 费 衍 射
二.单缝夫琅和费衍射
1 条纹的形成 任意P点的光强决定于由狭缝上各点发出的沿
CP方向传播的各平行光经衍射透镜汇聚后在该点迭 加的结果。
1）明暗条件
k
k级 暗 纹
asin 0
零 级 明 纹 (k1 ,2 ,3 )
(k 1/2)k级 明 纹
P
C
x O
f
(a)
(b)
xasin 0 kaf
k级 暗 纹 零 级 明 纹(k1,2,3 )
(k1)f k级 明 纹
2） u k ，A=0，I＝0，此时 a sin k (k 1, 2, ......)
——k 级暗纹中心 3）令 dI 0 可得其它明纹中心位置满足：tan u u ，
du 或近似表为：
a sin (k 1) (k 1, 2, 3......)
2 ——k 级暗纹中心
结论：
A
a
A
Asin(N /2) sin( /2)
A sin sin(/ N)
a
N
l
NAsin /N
A0
sin
B
(A0 NA)
1 2 3
4
A
A0
sin
I
I0
(sin)2
I I0
( asin)
-3/a -2/a -/a O /a 2/a 3/a sin
讨论：
1） u 0 ，即 0 ， A A0 ， I I 0
波传播到各点，都可以视为发射子波的波源。 从各点发出子波，在空间相遇时，也可相互迭加而 产生干涉现象 光的衍射的实质：多光束干涉
P
3.菲涅尔衍射与夫琅和费衍射
菲涅尔衍射
夫 琅 和 费 衍 射
二.单缝夫琅和费衍射
1 条纹的形成 任意P点的光强决定于由狭缝上各点发出的沿
CP方向传播的各平行光经衍射透镜汇聚后在该点迭 加的结果。
1）明暗条件
k
k级 暗 纹
asin 0
零 级 明 纹 (k1 ,2 ,3 )
(k 1/2)k级 明 纹
P
C
x O
f
(a)
(b)
xasin 0 kaf
k级 暗 纹 零 级 明 纹(k1,2,3 )
(k1)f k级 明 纹
高中物理人教版《光的衍射》共34页文档
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
高中物理人教版《光的衍射》 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
END
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1914年获诺贝尔物理学奖
劳厄的 X 射线衍射实验原理图
晶体 （硫化铜） 记 录 干 板
X 射 线
衍射斑纹（劳 厄 斑） 晶体中有规则排列的原子，可看作一个立体的光栅。原子 的线度和间距大约为10 - 10 m 数量级，根据前述可见光的光栅 衍射基本原理推断，只要 入射X 射线的波长与此数量级相当 或更小些，就可能获得衍射现象。
1990年4月25日，由美国航天飞机送上太空轨道的 “哈勃”望远镜长13.3米，直径4.3米，重11.6吨，造价 近30亿美元。它以 2.8万公里的时速沿太空轨道运行， 清晰度是地面天文望远镜的 10 倍以上。同时，由于 没有大气湍流的干扰，它所获得的图像和光谱具有极 高的稳定性和可重复性。
1.22 1.342 10
• 教学内容： 光学仪器的分辨率 X射线衍射 布拉格方程 • 教学重点： 夫琅禾费圆孔衍射的艾里斑 • 教学难点： 瑞利判据
第一节
一、夫琅禾费圆孔衍射
E
s
D
L
2
d
f
理论计算可得，爱里斑对透镜光心的张角 度的一半为:
1.22
D
d tan sin 2f
d
艾 里 斑
艾里斑占入射光总强度的84%
入射X射线波长 第二级强反射 的掠射角
0.5177
31.18 °
本堂课小结
1，瑞利判据
1.22
D
2，光学仪器的分辨率
D R 1.22 1
作业： P39-40
劳厄相
德拜相
NaCl 单晶的 X 射线衍射斑点
石英 (SiO2) 的 X 射线衍射斑点
根据布喇格公式
NaCl 晶体
主晶面间距为 2.82×10-10 m 对某单色X射线
的布喇格第一级 强反射的 掠射角为 15°
LI
15°
2 × 2.82×10-10 × 1.46×10-10 (m)
15°
D
λ
f
艾里斑: 半角宽
1.22 D
二. 瑞利判据
θ
视角θ较大时可以分 辨,θ太小时不可分辨.
不 可 分 辨
可 分 辨
瑞利判据:
对于两个等光强的非相干物点,如果其一个 象斑的中心恰好落到另一个象斑的边缘(第一 暗纹处)则此两物点被认为是刚刚可以分辨.
1
1.22 最小分辨角: 1 D
1. 晶面衍射:
平面法线 入射角
镜面反射方向
B B’
掠射角
θ’
任一平面 上的点阵
干涉结果总是在衍射角等于掠射角方向上出现 最大光强,称为该平面的零级衍射谱
2. 晶面间干涉
面间点阵散射波的干涉
面1
作截面分析
面2
面3
…
面间点阵散射波的干涉
求出相邻晶面距 离为 d 的两反射 光相长干涉条件
入射角 掠射角
X 射线发现17年后，于 1912年，德国物理学家劳厄 找到了 X 射线具有波动本性 的最有力的实验证据： 发现并记录了 X 射线通过 晶体时发生的衍射现象。 由此，X射线被证实是一 种频率很高（波长很短）的 电磁波。 在电磁波谱中，X射线的波 长范围约为 0.005 nm 到 10 nm，相当于可见光波长的 10 万分之一 到 50 分之一 。
二. 布拉格方程
氯化钠晶体
氯离子
Cl
＋
钠离子
Na
晶体结构中的三维空间点阵
X射线
原子或离子中的电子在 外场作用下做受迫振动。
晶体点阵中 的每一阵点可 看作一个新的 波源，向外辐 射与入射的 X 射线同频率的 电磁波，称为 散射波。
X射线
晶体点阵的散射波可以相互干涉。
先 面中点阵 散射波干涉 再 面间点阵 散射波干涉
5 (rad)
2.349 10
1
3 (mm)
425.8 (mm 1)
D = 2 mm，
= 550 nm
1.22
3.35 10 8.35 10 3.35 (mm)
4 (rad)
2 (mm)
在正常照度下，设人眼的瞳孔直径为 3mm，人眼最敏感的波长为550nm。问： (1)人眼的最小分辨角有多大? (2)若物体放在明视距离25cm处，则两物 点相距为多远时才能被分辨?
所以两物点相距大于0.058mm时，才 能被人眼所分辨。
第一节
﹡
一、X射线衍射
1895年德国物理学家伦琴在 研究阴极射线管的过程中，发 现了一种穿透力很强的射线。
金属靶 高能 电子束
高 压 电 源
数 万 伏
X射线
1901年获首届诺贝尔 物理学奖
由于未知这种射线的实质 （或本性）将它称为 X 射线
（3）d 不能太小，若d ≤λ/ 2，不能满足布 喇格方程。d若太大，则 角太小，也不 行，故 d 与λ同数量级。
三. 应用
已知 、 可测d — X 射线晶体结构 分析。 已知 、d 可测 — X 射线光谱分析。 四. 实际观察 X 射线衍射的作法 1.劳厄法： 2.粉末法：
2d sin k
k 1, 2, 3...
布喇格定律 或布喇格条件
讨论: （1）当 角给定时，不是所有波长的 x 光 都能反射。只有波长满足λ=2dsin k / 的 x 光才能反射。 （2）当λ给定时，不是任何入射角都能反 射，只有当 角满足sin = kλ/ 2d 时才 能反射。 选择反射
若将该望远镜的
物镜孔径限制得更 小，则可能分辨不 出这是四颗星星。
望远镜： 不可选择， D R 但
▲
世界上最大的光学望远镜： D=8m
建在了夏威夷山顶。
▲世界上最大的射电望远镜：
D = 305 m 建在了波多黎各岛的
Arecibo，能探测射到整个 地球表面仅1012）人眼的最小分辨角
1.22 5.5 10 1.22 3 D 3 10 4 2.3 10 (rad) 0.8
7
（2） 设两物点的距离为 h
人眼的明视距离为l=25cm,则人眼的最小分 辨角 h
l
h
l
h l
4
25 2.3 10 (cm)=0.0058(cm)=0.058(mm)
三、最小分辨角和仪器的分辨率
s1 * s 2*
最小分辨角
d0 d 2
f
1.22 D
1
d0 d f 2f
D 1 D, 光学仪器分辨本领 1.22
提高光学仪器的分辨本领的方法：
增大透镜的直径 减小入射光的波长
如果用望远镜观 察到在视场中靠得 很近的四颗星星恰 能被分辨。