第5节__波的衍射
波的衍射与干涉
2.发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长
波长
时，才能观察到明显的衍射现象．
3.一切波都能发生_______，_______是波特有的现象．
或者比
重点突破
1．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．凡能发生衍射现象的就是波． 2．波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异．波长较长的波容易发生明显 的衍射现象． 3．波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔 (障碍物)后传播，就偏离了直线方向．因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情 况．
跟踪练习
2.(多选)如图所示为水波的衍射现象，S为波源，d为挡板上的小孔宽度，相邻弧线间距为一 个波长，其中符合事实的是( )
跟踪练习
2.(多选)如图所示为水波的衍射现象，S为波源，d为挡板上的小孔宽度，相邻弧线间距为一 个波长，其中符合事实的是( BC )
【解析】 选项A、B中小孔宽度远大于波长，衍射现象不明显，故A错，B对；选项C、D 中小孔宽度远小于波长，衍射现象明显，但穿过小孔后，波速和频率不变，波长应不变， 故C对，D错．
习题精讲
4.(多选)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0 m/s的速率沿同一直线相向传播，t＝0 时刻的波形如图所示，图中小方格的边长为0.1 m．则以下不同时刻，波形正确的是( )
跟踪练习
2. (多选)如图所示为两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇时产生的干涉图 样．图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示波谷，下列说法正确的是( )
A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱 B．e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间 C．经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换 D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰
高中物理第2章第5节德布罗意波课件粤教选修35粤教高二选修35物理课件
据 λ＝hp知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为
λ1＝ph1，λ2＝ph2
联立以上各式解得：λ1＝mh1v，λ2＝mh2v
将 m1＝1.67×10－27 kg，v＝1×103 m/s，h＝6.63×
10－34 J·s，m2＝1.0×10－2 kg 代入上面两式可解得
λ1＝4.0×10－10 m，λ2＝6.63×10－35 m.
A．电子云是真实存在的实体
B．电子云周围的小黑圆点就是电子的真实位置
C．电子云上的小黑圆点表示的是电子的概率分布
D．电子云说明电子在绕原子核运动时有固定轨道 C [由电子云的定义我们知道，电子云是一种稳定的概率分布，
人们常用小黑圆点表示这种概率分布，小黑圆点的密疏代表电子在
这一位置出现的概率大小，故选项 C 正确．]
第二章 波粒二象性
第五节 德布罗意波
12/9/2021
第一页，共四十五页。
[学习目标] 1.知道实物粒子具有波动性.2.知道光波和物质波都 是概率波.3.理解德布罗意波，会解释相关现象．(重点、难点)4.知道 电子云，了解“不确定性关系”的具体含义．
12/9/2021
第二页，共四十五页。
栏目导航
自主预习 探新知
12/9/2021
第十六页，共四十五页。
栏目导航
[答案] 4.0×10－10 m 6.63×10－35 m
12/9/2021
第十七页，共四十五页。
栏目导航
如何计算物质波的波长 每一个运动的粒子都与一个对应的波(物质波或德布罗意波)相 联系．其波长 λ＝hp，其中 p 为粒子的动量，h 是普朗克常量，h＝ 6.63×10－34 J·s.所以，计算德布罗意波长时要熟记公式 λ＝hp，有时还 要结合粒子的能量 ε 与频率 ν 的关系 ε＝hν 进行求解．
第十三章第5节《光的衍射》教案
13.5光的衍射【教学目标】(一)知识与技能1、知道光的衍射现象，及光通过狭缝和圆孔的衍射条纹特点，知道光产生明显衍射的条件。
2、能用相关知识对生活中的有关现象进行解释和分析，能区别干涉条纹和衍射条纹(二)过程与方法引导学生与以前学过的机械波的衍射进行类比，进行自主学习，再通过演示实验结合投影片分析讲解，启发学生积极思考思考、培养学生观察能力、想象力、动手能力及分析和解决问题的能力。
(三)情感态度与价值观通过光的衍射现象的观察，再次提高学生在学习中体会物理知识之美；另外通过学习让学生知道科学研究必须重视理论的指导和实践的勤奋作用；【教学重点与难点】光的衍射条纹特点及发生明显的光的衍射现象的条件。
光的干涉条纹和衍射条纹的异同。
【教学过程】（一）引入1、在上一节中，我们通过杨氏干涉实验学习了光的干涉，证明了光是一种波，托马斯·杨是怎样解决相干光源的问题的？2、若用红光来做干涉实验，观察到的干涉图样是怎样的？3、相邻两条明（暗）条纹中线的间距与哪些因素有关？师：既然光是一种波,为什么我们日常生活中观察不到光的衍射现象,而常常看到的是光沿着直线传播的呢?我们这节课就来解决这个问题。
（二）新课教学一、光的衍射现象提问1：什么是波的衍射？提问2：产生明显的波的衍射要具备什么样的条件？可见光的波长约是多少？（波产生明显衍射的条件是障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多；可见光的波长只有十分之几微米）引导学生根据以上知识，思考：怎样才能观察光的衍射现象？设置实验装置。
（必须使点光源（或线光源）发出的光通过非常小的孔（或是非常窄的狭缝））师（小结）：从前面讲的光的干涉实验知道，光的波长很短，只有十分之几微米，通常的物体都比它大得多，因此很难看到光的衍射现象．但是只有当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，才可以清楚地看到光的明显衍射现象．[做一做]：用两只笔平行放置观察日光灯，逐渐减小两只笔之前的缝的宽度，有什么现象发生？为什么会观察到彩色条纹呢？光的单缝衍射演示：我们用实验进行观察．在不透光的挡板上安装有一个宽度可以调节的狭缝，缝后放一个光屏(图19－13)．用平行单色光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线方向通过狭缝，在屏上产生一条跟缝宽相当的亮线．但是，当缝调到很窄时，尽管亮线的亮度有所降低，阴影区和亮区的边界变得模糊；继续减小缝宽光明显地偏离直线传播进入几何阴影区，屏幕上出现明暗相间的衍射条纹．这表明，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．对比单缝衍射图样，总结单缝衍射条纹的特征（引导学生归纳）1、光的单缝衍射（1）条纹特征：明暗相间的条纹。
第十章 机械波典型例题
第一节波的形成和传播典型例题典型例题例题：在机械波中有（）A．各质点都在各自的平衡位置附近振动B．相邻质点间必有相互作用力C．前一质点的振动带动相邻的后一质点振动，后一质点的振动必定落后于前一质点D．各质点也随波的传播而迁移出题目的：理解机械波的特点.解析：本例要熟知机械波的物理模型．振源的振动使其周围质点依次投入振动，之所以能依次振动下去，就是依靠了相邻质点间的相互作用力；沿波的传播方向，后一质点的振动必滞后于前一质点的振动；质点只在平衡位里附近振动，并不随波迁移．正确答案为A、B、C．典型例题例题：区分横波和纵波是根据（）A．沿水平方向传播的叫做横波B．质点振动的方向和波传播的远近C．质点振动的方向和波传播的方向D．质点振动的快慢出题目的：理解横波和纵波的区别.解析：区分横波和纵波的依据是看波的传播方向与质点的振动方向的关系．正确的答案为C．典型例题例题：下列说法不妥的有（）A．声波在空气中传播时是纵波，在水中传播时是横波B．波不但传送能量，还能传递信息C．发生地震时，由振源传出的既有横波又有纵波D．一切波的传播均需要介质出题目的：了解纵波和横波的有关知识.解析：按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系将波区分为横波和纵波．介质不同不改变波的属性．波不仅将振动的形式（即振源的信息）向外传播，还能将振动的能量向外传递．地震波既有横波又有纵波，机械波的形成必须要有振源和介质，但对电磁波它也可以在真空中传播．正确的答案为B、C．不妥的答案为A、D．典型例题例题：关于机械波的概念，下列说法中正确的是：A、质点振动的方向总是垂直于波传播的方向B、简谐波沿长绳传播，绳上相距半个波长的两质点振动位移的大小相等C、任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长D、相隔一个周期的两时刻，波形相同出题目的：进一步准确理解机械波的特点解析：质点振动的方向可与波的传播方向垂直（横波），也可与波的传播方向共线（纵波），故A错．因为“相距一个波长的两质点振动位移大小相等、方向相同；相距半个波长的两质点振动位移大小相等、方向相反”，因此B正确．波每经过一个周期要向前传播一个波长，但介质中各质点并不随波迁移，只是在各自的平衡位置附近振动，C错．在波的传播过程中，介质中各质点做周期性的简谐振动，因此相隔一个周期的两时刻，波形相同，∴D正确．波动问题中既有联系又有区别的知识点较多，其中最多的是振动，因此，搞清振动和波动的关系，就抓住了问题的关键。
高中物理人教版(2019)选择性必修第一册 第四章光第5节光的衍射课件
第四章
第5 节
光的衍射
学习目标
1. 了解光的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。 2. 知道衍射、衍射光栅在生产生活以及科学技术中的应用，了解科学、技术和社会关系。 3. 通过光的衍射的学习，对光的直线传播现象提出质疑，会从不同角度思考物理问题。
引入
我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。 既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说 “光沿直线传播”呢？
②白光的单缝衍射图样中央是白色亮纹，两 边是彩色条纹，其中最靠近中央亮纹的色光 是紫光，最远离中央的是红光。
资料
单缝衍射示意图
单缝衍射产生的图样
白光的单缝衍射条 纹
2.圆孔衍射 (1)现象 ①用点光源照射直径较大的圆孔时，在屏上会出现一 个明亮的圆形光斑，这是光沿直线传播的结果。 ②用点光源照射直径足够小的圆孔时，在屏上会出现 一些明暗相间的圆环，这是光发生衍射的结果。
3.用单色光照射一障碍物，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么该障碍物是（ D ） A.很小的不透明的圆板 B.很大的中间有大圆孔的不透明的圆板 C.很大的不透明圆板 D.很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
解析：由题图可知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，且越向外， 圆形条纹宽度越小，可判断此图样为圆孔衍射图样，故D正确；有的同学误选A，要注意 很小的不透明的圆板产生的图样中心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在阴影区的 边缘有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射的图样是不同的。
泊松亮斑
红色激光的圆孔衍射图样
干涉现象与衍射现象的区别
产生条件
干涉现象
频率相同的两列 相干光相遇叠加
第五节光的衍射
第五节光的衍射第五节光的衍射新知预习1.光在遇到障碍物时，能够绕过障碍物⽽照射到阴影区域的现象叫做____________.2.障碍物、⼩孔和狭缝的尺⼨与光的光的波长____________，或者⽐光的波长___________时，光才能产⽣明显的衍射现象.通常情况下，光的波长很⼩，⽽⼀般障碍物的尺⼨__________光的波长，故观察不到明显的衍射现象，可以近似认为光是沿直线传播的.3.由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器叫____________，分为___________和____________两种.典题·热题知识点⼀光的衍射及发⽣明显衍射的条件例1在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是（）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越远，条纹间距也越⼤；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.故选项A、C、D正确.答案：ACD⽅法归纳通过光屏观察衍射条纹与⽤眼睛直接观察衍射条纹的情况是有所不同的.单缝到屏的距离增⼤时，屏上条纹间距变⼤，亮度变弱，条纹数⽬不变（屏⾜够⼤）；如果⽤眼睛直接观察，眼睛必须靠近单缝，当略微增⼤眼睛与单缝距离时，观察到的条纹间距也会略⼤，⽽条纹数⽬将减少，因为眼睛的受光⾯很⼩（相当于光屏很⼩），所以当眼睛与单缝的距离过⼤时，就观察不到衍射条纹.例2某同学把卡尺间的窄缝调节到0.5 mm去观察某⼀线光源，看到了彩⾊条纹.他把缝的宽度增加到0.8 mm，再观察同⼀光源，看到的现象是但亮度增⼤.若他把缝的宽度减⼩到0.2 mm，则看到的现象是_____________________________________.这说明在衍射现象中，衍射图样条纹的宽度及亮度与______________有关，当其_____________时，衍射现象更为明显.解析：当窄缝宽度变窄时，它和光波的波长越接近，衍射现象越明显，同时通过窄缝的光能越少，到达光屏上的宽度越宽，亮度就越弱.答案：彩⾊条纹变窄彩⾊条纹变宽但亮度减弱单缝宽度变窄知识点⼆波的衍射与其他现象的⽐较研究例3如图13-5-3所⽰，A、B两幅图是由单⾊光分别射到圆孔⽽形成的图象，其中图A 是光的_________________（填“⼲涉”或“衍射”）图象.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径_________________（填“⼤于”或“⼩于”）图B所对应的圆孔的孔径.图13-5-3解析：A中出现明暗相间的条纹，是衍射现象，只有障碍物或孔的尺⼨和光波波长相差不多时，才能发⽣明显的衍射现象.图A是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在10-7的数量级上，所以图A对应的圆孔的孔径⽐图B所对应的圆孔的孔径⼩.图B的形成可以⽤光的直线传播解释.答案：衍射⼩于巧解提⽰光发⽣明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺⼨和光波波长相差不多，⽽当障碍物或孔的尺⼨⽐光波波长⼤得多时，衍射现象不明显.例4声波⽐光波容易产⽣明显的衍射，原因是（）A.声波是纵波，光波是横波B.声波是机械波，光波是电磁波C.⼀般障碍物尺⼨跟声波波长相近⽽⽐光波波长⼤得太多D.声波必须通过介质传播，⽽光波可以在真空中传播解析：产⽣明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺⼨能与波长相近，声波的波长⽐光波的波长⼤，与⼀般障碍物尺⼨相近，容易满⾜衍射条件，因⽽容易产⽣明显的衍射.正确答案选C项.答案：C⽅法归纳能观察到明显的衍射现象的条件是障碍物的尺⼨能跟光的波长相⽐甚⾄⽐光的波长还要⼩，由于可见光的波长⼀般为数千埃，⽐普通障碍物尺⼨⼩得多，所以光波的衍射现象观察起来稍难⼀些.例5⽤⼀单⾊光源垂直照射带有圆孔的不透明光屏，下列⼏种情况中，在⼩孔后⾯的光屏上各看到什么现象？(1)⼩孔的直径为1 cm；(2)⼩孔的直径为1 mm；(3)⼩孔的直径为0.5 µm.解析：⼩孔的直径⼤⼩决定屏上现象.当孔的直径较⼤，⽐光的波长⼤的多，此时光的衍射极不明显，光沿直线传播；当孔的直径很⼩，可以与光波的波长相差不多时，光的衍射现象明显.答案：(1)当圆孔的直径为1 cm时，在光屏上只能看到与圆孔形状相同的亮斑.这是光沿直线传播的结果.(2)当圆孔的直径为1 mm时，在光屏上能看到单⾊光源倒⽴的像，这是⼩孔成像，也是光沿直线传播的结果.(3)当圆孔的直径为0.5 µm时，在光屏上能看到明暗相间的圆环.这是由于⼩孔尺⼨与光波的波长差不多，光发⽣衍射的结果.巧解提⽰我们在观察光的衍射实验时，当缝（或孔）的线度逐渐变⼩时，在光屏上可以看到光斑先逐渐变⼩进⽽⼩孔成像，然后⼜出现明暗相间的条纹（圆环）.继续使缝（或孔）变⼩，明暗条纹（圆环）的宽度和间距会随之变⼤，从⽽体现量变引起质变的规律.进⽽认识到，任何规律都有其适⽤条件.光的直线传播只是⼀条近似的规律，只有在光的波长⽐障碍物或孔的线度⼩得多的情况下，才可以看成是沿直线传播的.⾃主⼴场我夯基我达标1.汽车在⾏驶时常会滴下⼀些油滴，滴下的油滴在带⽔的路⾯上会形成⼀薄层油膜，并呈现出彩⾊，这是由于（)A.光的⾊散B.空⽓的折射C.光的⼲涉D.光的衍射思路解析：油滴在带⽔的路⾯上形成⼀层薄油膜，并呈现出彩⾊，是薄膜⼲涉，所以选C.答案：C2.让太阳光垂直照射到⼀块遮光板上，板上有⼀个⾃由收缩的三⾓形孔，当此三⾓形孔缓慢地变⼩直到闭合时，在孔后的屏上先后出现（)A.由⼤到⼩的三⾓形光斑，直⾄光斑消失B.由⼤到⼩的三⾓形亮斑，明暗相间的彩⾊条纹，直⾄条纹消失C.由⼤到⼩的三⾓形光斑，明暗相间的⿊⽩条纹，直⾄⿊⽩条纹消失D.由⼤到⼩的三⾓形光斑，⼩圆形光纹，明暗相间的彩⾊条纹，直⾄条纹消失思路解析：发⽣明显衍射的条件是：光波传播过程中碰到的障碍物或⼩孔要⽐波长⼩或相差不多.由于光波波长很短，约在10-7 m的数量级上，在三⾓形孔由⼤到⼩的改变过程中，光⾸先按直线传播，当三⾓形的⼤⼩和光波相差不多时，发⽣光的衍射，呈现彩⾊条纹，直到最后三⾓形闭合，则条纹消失，故选D.答案：D3.⼈隔着墙说话，能听见声⾳⽽看不见⼈，下列说法中解释正确的是（)A.光波是电磁波，⽽声波是纵波B.光波是横波，⽽声波是机械波C.光速太⼤D.声波波长⼤，光波波长⼩思路解析：由于声波的波长长，能够发⽣明显的衍射现象，因此墙内的⼈能听到声⾳，⽽光波的波长短，不能发⽣明显的衍射现象，因此墙内的⼈看不到喊话的⼈.答案：D4.下列关于光的现象的说法中正确的是（)A.⽤⽩光做双缝⼲涉实验时，屏上从中央条纹向外，紫光的亮条纹偏离中央的距离最⼤B.⽩光单缝衍射时，偏离中央亮条纹远的是红光C.⽩光经三棱镜折射发⽣⾊散，红光偏向⾓最⼤D.涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫⾊，说明增透膜增强了对淡紫⾊光的透射思路解析：由于红光波长最长，故其偏离中央亮条纹最远.答案：B5.如图13-5-3所⽰，A、B两幅图是由单⾊光分别⼊射到圆孔⽽形成的图象，其中图A是光的________（填“⼲涉”或“衍射”）图象.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径___________（填“⼤于”或“⼩于”）图B所对应的圆孔的孔径.图13-5-3思路解析：考查光的衍射图样及发⽣衍射的条件.只有障碍物或孔的尺⼨⽐光波波长⼩或跟波长相差不多时，才能发⽣明显的衍射现象.图A是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在10-7 m数量级上，所以图A对应的圆孔径⽐图B所对应的圆孔的孔径⼩，图B的形成可以⽤光的直线传播来解释，故A 孔径⼩于B孔径.答案：衍射⼩于6.图13-5-4甲、⼄所⽰是单⾊光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样，下列判断正确的是（图中阴影部分表⽰亮条纹）（)图13-5-4A.甲为单缝衍射的图样B.⼄为双缝⼲涉的图样C.甲为双缝⼲涉的图样D.⼄为单缝衍射的图样思路解析：⼲涉条纹为等间距的，衍射条纹为⾮等间距的，中央宽两边窄.答案：AB7.在⼀次观察光的衍射实验中，观察到如图13-5-5所⽰的清晰的明暗相间图样，那么障碍物应是（⿊线为暗纹）（)图13-5-5A.很⼩的不透明的圆板B.很⼤的中间有⼤圆孔的不透明的圆板C.很⼤的不透明圆板D.很⼤的中间有⼩圆孔的不透明圆板思路解析：如题图所⽰为衍射图样，A、D满⾜衍射条件，故答案为AD.答案：AD我综合我发展8.图13-5-6所⽰为单⾊光源发出的光经⼀狭缝，照射到光屏上，可观察到的图象是（)图13-5-6思路解析：单⾊光源经狭缝产⽣衍射，衍射图样是中间亮⽽宽的明纹，两边是明暗相间较窄的条纹，只有A符合这些特点.答案：A9.⼀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.现在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，只是明条纹⽐原来暗些B.与原来不相同的明暗相间的条纹，⽽且中央明条纹变宽些C.只有⼀条与缝宽对应的明条纹D.⽆条纹，只存在⼀⽚红光思路解析：这束红光通过双缝产⽣了⼲涉现象，说明每条缝都很窄，这就满⾜了这束红光发⽣明显衍射现象的条件，这束红光形成的⼲涉图样特点是，中央出现明条纹，两侧对称地出现等间隔的明暗相间条纹；这束红光通过单缝时形成的衍射图样特点是，中央出现较宽的明条纹，两侧对称出现不等间隔的明暗相间条纹，且距中央明条纹远的明条纹亮度迅速减弱，所以衍射图样看上去明暗相间的条纹数量较少.答案：B10.(2006北京⾼考)游标为20分度(测量值可准确到0.05 mm)的卡尺⽰数如图13-5-7所⽰，两测脚间狭缝的宽度为mm.⽤激光照射该狭缝，在屏上出现衍射条纹.如果减⼩狭缝的宽度，衍射条纹的宽度将变.图13-5-7思路解析：游标卡尺读数为：主尺刻度+游尺对齐刻度×精度，当单缝宽度最⼩，衍射条纹越宽.答案：0.15 宽。
波的衍射原理
波的衍射原理
波的衍射原理是一种关于波传播的现象和规律。
当波遇到一些障碍物或开口时，它会发生弯曲和扩散，并在障碍物边缘产生一系列干涉和衍射效应。
这种现象可被解释为波在通过障碍物边缘或开口时，波前会扩展成一组半圆形的次波，这些次波振荡相位差相同并干涉形成衍射图样。
衍射现象还涉及到入射波的频率和波长，以及障碍物或开口的尺寸。
如果障碍物或开口的尺寸较大，光波的衍射效应会更加显著。
与此同时，当波长较长时，即频率较低，衍射效应也会更加明显。
衍射是一种将波的能量以不同方向传播的现象，使得波能够绕过障碍物并在背后形成干涉图样。
这些干涉图样是由多个次波的叠加形成的，并在各个方向上产生明暗交替的条纹。
波的衍射原理在光学、声学以及其他波动领域中具有广泛的应用。
它被用于解释光的干涉和衍射现象，如振动沿直线或环形缝隙的光线、多缝干涉、衍射光栅等。
总的来说，波的衍射原理描述了波在通过障碍物或开口时的扩散和弯曲现象，以及在此过程中产生的干涉效应。
它是研究波动性质和波行为的重要原理之一，对于理解和解释波的传播行为有着重要的意义。
第五章 X射线衍射原理
生的相互平行的反射线间的干涉作用导致了“选择反 射”的结果.
据此,导出布拉格方程
如图5-2所示,设一束平行的X射线(波长λ)以θ角照射到
晶体中晶面指数为(hkl)的各原子面上,各原子面产生反射.
任选两相邻面(A1与A2),反射线光程差 δ=ML+LN=2dsinθ;
有机化学家豪普物曼和卡尔勒在50年代后建立了应用X射线 分析的以直接法测定晶体结构的纯数学理论，特别对研究大分 子生物物质结构方面起了重要推进作用，他们因此获1985年诺 贝尔化学奖
第一节 衍射方向
一.Braag方程
1.布拉格实验(现代X射线衍射仪的原型) •在满足反射定律的方向设置反射线接收(记录)装 置 •记录装置与样品台以2∶1的角速度同步转动 得到了“选择反射”的结果.即当X射线以某些角度入射时,记录到 反射线(以CuKα射线照射NaCl表面,当θ=15°和θ=32°时记录到反 射线);其它角度入射,则无反射
每一个可能产生反射的(HKL)晶面均有各自的衍射矢量三
角形.各衍射矢量三角形的关系如图5-6所示.
s0为各三角形之公共边;若以s0矢量起点(O)为圆心,|s0|为半 径作球面(此球称为反射球或厄瓦尔德球),则各三角形之另一
腰即s的终点在此球面上;因s的终点为R*HKL之终点,即反射晶 面(HKL)之倒易点也落在此球面上
. X射线发展史：
•1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现了X射线 （1901年获得首届诺贝尔奖）
•1912年，德国的Laue第一次成功地进行X射线通过晶体发生衍 射的实验，验证了晶体的点阵结构理论。并确定了著名的晶体 衍射劳埃方程式。从而形成了一门新的学科—X射线衍射晶体 学。 （1914年获得诺贝尔奖）
高二物理光的衍射(1)
烟跳妖纸篓石』。她有着浮动的暗紫色烤鸭模样的身材和变形的深灰色奶酪造型的皮肤，真的有些温柔但又有些强硬，她头上是闪光的鲜红色破钟一样的短发，戴着一
顶有朵红缨的水白色玉兔一般的鸭掌飘帘帽，她上穿脏乎乎的深黑色橘子形态的奖章碎花蟒鹰袄，下穿瘦小的的青远山色茄子样的河马怪金裤，脚穿古老的锅底色企鹅
形态的台灯树皮靴。另外这人身后还有着破烂的纯黑色蘑菇模样的二对翅膀。整个形象真的有些经典英武……女无赖契温娆嘉妖女长着凸凹的紫宝石色海参造型的脑袋
第
第五节 光的衍射
一、光的衍射
光的干涉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 发生衍射现象， 它们发生衍射的 现象特征是什么？
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
A S
1、 孔 较大时—— 屏上出现清 晰的光斑
B
2、 孔较小
时——屏上出现衍 射花样
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．
钢针的 衍射
圆孔 衍射
圆屏 衍射
二、衍射光栅
样的屁股感觉空前酷帅但又有些正点！腰间一条，瘦小的亮黑色短棍模样的腰带好像十分神秘但又带着几分富贵。这个姐姐说话时有种圆润的深黑色蚕蛹似的声音，高
兴时会散发出显露出金红色巨龟一般的气味。她不大的暗白色筷子样的骨骼感觉空前诡异同时还隐现着几丝迷离，那种粗俗的墨紫色臂章模样的神态好像十分神奇但又
露出一种隐约的有趣。…………那个身穿五光十色的琥滢衫的大爷是
光的衍射(解析版)
第5节 光的衍射一、光的衍射和发生明显衍射的条件1．在用水波槽做衍射实验时，若打击水面的振子振动频率是5Hz ，水波在水槽中的传播速度为0.05m/s ，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径d 应为（ ）A ．10cmB ．50cmC ．d >10cmD ．d <1cm 【答案】D【详解】水波的波长为0.01m 1cm v fλ===要发生明显的衍射现象，障碍物或空的尺寸应与波长相差不多或比波长小，D 正确。
故选D 。
2．如图所示是通过用两个刀片组成的宽度可以调节的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个现象，当狭缝宽度从0.8mm 逐渐变小时，所看到的四个图像的顺序是（ ）A ．bacdB ．badcC ．abcdD ．abdc【答案】C 【详解】当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近甚至比波长更小时即能发生明显的衍射。
显然0.8 mm 大于光的波长，故不能发生明显的衍射现象，根据光的直线传播的原理，此时我们看到的应该是条纹状的光斑，即图象a ，但随孔缝的宽度的减小，光斑的面积逐渐减小，在发生衍射前看到图象b ；当发生衍射时，随狭缝的宽度逐渐变小时衍射条纹的间距逐渐变大，而条纹间距最小的是c ，条纹间距最大的是d ，所以先观察到c ，再观察到d 。
综上所述当狭缝宽度从0.8 mm 逐渐变小时我们依次看到的四个图象的顺序是abcd 。
故选C 。
二、光的各种衍射3．如图所示，甲、乙、丙、丁四个图是单色光形成的干涉或衍射图样，根据各图样的特点可知（）A．甲图是光的衍射图样B．乙图是光的干涉图样C．丙图是光射到圆孔后的干涉图样D．丁图是光射到圆板后的衍射图样【答案】D【详解】A．甲图中条纹间距相等，是光的双缝干涉图样，故A错误；B．乙图中中间亮条纹最宽，向外条纹变窄，间距变小，是光的单缝衍射图样，故B错误；C．丙图为圆孔衍射图样，故C错误；D．丁图是光射到圆板后的衍射图样（光照射在小圆盘上却出现中间亮斑），故D正确。
波的衍射原理
波的衍射原理
波的衍射是物理学中的一个重要概念，指的是物理波系统的一种行为，表现为它们在一个弯曲面上的扩散性移动。
它是狄拉克在1899年提出的，他发现，当光线射向一个小的、很接近水平的圆形区域时，它的边缘会出现新的光，这些光会产生衍射现象。
自那时起，科学家和工程师们就开始思考这种衍射现象，并将它应用到诸如棱镜、激光器、投影仪和其他光学仪器中。
波的衍射是物理波及其他波系统具有的一种性质。
它涉及物理波系统的空间变化，它们在一个弯曲的曲面上沿着同一方向的不同路径前进，弯曲的曲面实施力，导致物理波在衍射时会被分割成不同的部分。
一些波会穿过曲面，而另一些波会反射，这种衍射现象使物理波行为符合波动方程。
波的衍射分为偏振衍射和不偏振衍射两种。
前者被称为Rayleigh衍射，其特征是物理波仅沿着空间相邻的方向上衍射，而以前后两个波波动，且半径衍射角仅随着衍射源的大小而改变，不受衍射源的形状所影响。
不偏振衍射则是由物质的噪声导致的，并可能是由于结构的细微缺陷、衍射源的表面弯曲等原因而发生的，此时物理波会穿过曲面的所有方向衍射。
波的衍射有可能影响科学和工程的许多应用，比如由于不偏振衍射造成的波阵列衍射，这会影响到微波或激光设备的性能。
在衍射学中，衍射信息也可以被用来估计材料特性，比如估计出某种材料的粒度大小和形状等。
总之，波的衍射具有广泛的应用，从棱镜及其他光学仪器再到衍射学，它都有着重要作用。
衍射信息可以用来检测材料的形状、大小和表面结构等，揭示材料内部构造和细节信息，对微波和激光设备的性能有着重要的影响。
第二章 第5、6节 波的干涉、衍射 多普勒效应
[思路点拨] (1)形成干涉图样的所有质点都在不停地振动着，其位移的大 小和方向都在不停地随时间变化。 (2)对稳定的干涉,振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的。
解析：a 质点是波峰和波谷相遇的点,振动减弱。b 质点是波 峰与波峰的相遇点 ,c 质点是波谷与波谷的相遇点 ,振动都是加强 的。d 质点位于振动加强点的连线上，仍为振动加强的点，故 A 错,B 对。 某时刻振动加强或减弱的点位置是固定的,始终是加强或 T 减弱的,故 C 对。再过 后的时刻,a、b、c 三点虽然都处在平衡位 4 置,但 a 点振动仍减弱,b、c 两点振动仍加强,故 D 错。
(2)两个频率相同的同种波源，形成的干涉图样，以两波 源为中心向外呈辐射状延伸，形成振动加强线和减弱线，而 且加强线始终加强，加强线上各点都是加强点，加强点不是 位移大，而是振动加强，加强线与减弱线是以两波源为焦点 的一簇双曲线。 (3)频率相同的两列波叠加时，产生稳定的干涉图样，振 动加强区域和振动减弱区域的空间位置是不变的。
(2)现象解释： ①加强区：在某一时刻，两列波的 波峰(或波谷)同时到达某 一点，该质点的振动最剧烈，振动的振幅等于两列波的
振幅之和 。加强点形成的区域是加强区。 ___________
②减弱区： 某一时刻， 两列波的 波峰和波谷 同时到达某一点， 该质点振动的振幅等于两列波的 振幅之差 ， 减弱点形成的区域是 减弱区。若两列波振幅相同，质点振动的合振幅就等于零。 (3)波的干涉： ①定义：频率相同的两列波叠加,使介质中某些区域的质点振 动始终 加强 ,另一些区域的质点振动始终 减弱 ,并且这两种区域 相互间隔、 位置 保持不变,这种稳定的叠加现象叫做波的干涉。
②干涉图样 波的 干涉 中所形成的图样，如图所示。
光的衍射
平面波
t=0 t=τ t=τ
球面波
cτ ● ● ●
t=0 cτ
●
●
3、应用及局限性：
只能定性解释直线传播、反射、折射、晶体双折射等现 象，不能定量计算和解释干涉、衍射现象。
五、惠更斯—菲涅耳原理
1、表述：
光源S
Q
在给定时刻，波面上任一点都可作为新的次 波源发出次波，而障碍物外的光场中任一点 的光振动即为波面上各点发出并到达该点的 各次波的相干叠加。 2、四个假设：
五、圆屏衍射
1、装置：如右图示 2、合振幅 设：园屏遮挡了前K个半 波带，则从第K+1个起所 有半波带所发次波均能到 达P点
Y
X
S
( a 0)
P
ak 1 a ak 1 合振幅 A 2 2 2
3、讨论
①无论园屏大小（当然要能与波长可比拟）和位置如何，园屏几何影子的中
心永远有光进入。
O
C
R R
k
C’
k
rk r0 k 2
r0 P
c0 h B0
则 : 露出部分波面的表面积 (球冠)为 Sk 2Rh
2 2 r r 2 2 又 : k2 R 2 R h rk2 r0 h h k 0 2R r0 2 2 2 2 2 2 而 : rk r0 r0 k r0 kr0 k kr0 2 2
14
3、讨论
①P点合振幅的大小取决于P点位置。（AK取决于K，K取决于r0 ，K为奇 数时P点为亮点，K为偶数时P点为暗点） ②若通过小园孔的波带数不为整数，则AK介于最大值和最小值之间；所以，沿 着轴线移动光屏，P点光强不断变化，一些点较强，一些点较弱。 ③改变小园孔位置和半径，给定点光强将发生变化。 ④去掉光阑CC‘， (整个波面不被遮挡 ) k ak 0 Ak
波的衍射与偏振
波的衍射与偏振波的衍射是波动现象中非常重要的一部分，它揭示了波在通过一个缝隙或障碍物之后会出现弯曲和散射的特性。
而波的偏振则是指波沿特定方向振动的性质。
本文将详细探讨波的衍射和偏振的相关概念、现象和应用。
首先，让我们从波的衍射开始。
当一个波通过一个缝隙或障碍物时，波会沿着不同的方向发生弯曲和散射，形成一系列的新波源。
这种现象被称为衍射。
波的衍射可以解释为波前的每个点都可以看作是次级波源，它们发出的波会相互干涉和叠加，最终形成波的衍射图样。
波的衍射是典型的波动现象，不仅出现在声波中，也出现在光波和其他类型的波动中。
对于音波，我们可以通过实验来观察到衍射现象。
例如，当声音通过一个狭窄的门缝时，我们可以听到声音会在门缝后方弯曲并扩散。
类似地，当光通过一个小孔或细缝时，也会出现衍射现象。
在单缝衍射实验中，我们可以观察到出现一系列明暗相间的衍射条纹。
这些衍射条纹是波通过缝隙后不同方向上的干涉和叠加结果。
接下来，我们来讨论波的偏振。
波的偏振是指波沿特定方向振动的性质。
在某些情况下，波的振动会发生在特定的平面上，这种波被称为偏振波。
通常来说，光是一种横波，它的振动方向垂直于传播方向。
然而，在某些情况下，光波的振动可以被限制在特定的平面上，这就是偏振光。
例如，偏振眼镜和偏振滤片可以用来选择性地消除或通过特定方向的光振动。
偏振也在天文学和材料科学等领域中具有广泛的应用。
偏振和衍射的相互作用也是一个有趣的研究领域。
当偏振光通过一个具有微小结构的表面时，衍射现象会改变光的偏振状态。
这被称为偏光衍射。
偏光衍射被广泛应用于光学技术中，包括显微镜、激光和光学通信等领域。
例如，偏光显微镜可以通过观察偏光光学现象来研究不同材料的性质和结构。
在总结中，波的衍射和偏振是波动现象中重要的概念和现象。
衍射揭示了波动在通过缝隙或障碍物后发生弯曲和散射的特性，而偏振描述了波沿特定方向振动的性质。
这些现象不仅在物理学中有广泛的应用，也在生活中有很多实际应用，例如声音和光的传播。
惠更斯原理 波的衍射、反射和折射
t x 驻波方程 y = 2 A cos 2π cos 2π A合 = 2 A cos 2π λ T λ 2.波节与波腹
﹙1﹚波节: 当2π ﹚波节: .波节位置 波节位置 0.
x
x = (2k +1)
= (2k + 1) 时 A合=0 -- 波节 λ 2
x
π
λ
t
波节
4
(k = 0,±1,±2L)
x
∆ϕ = ϕ2 − ϕ1 −
2π
干涉静止： 干涉静止：A合
= A2 − A = 0 ∆ϕ = (2k +1)π 1 ∴ x = 2k + 15(m ) ( k = 0 , ± 1, ± 2 L ± 7 )
即
λ 2π = π − [(30 − x) − x] = π − π [15 − x] = ( x − 14 )π 4
t 时刻波面 t+∆t时刻波面
波传播方向
t+ ∆t
t
u∆ t 平面波
球面波
二、波的衍射
波在传播过程中， 波在传播过程中， 遇到障碍物时 其传播方向发生改变， 其传播方向发生改变， 绕过障碍物 波的衍射. 波的衍射 的边缘继续传播 ---波的衍射. 利用惠更斯原理可解释衍射： 利用惠更斯原理可解释衍射： 波到达狭缝处， 波到达狭缝处， 缝上各点都可看作 得到新的 作子波源， 作子波源， 作出子波包络， 作出子波包络， 在缝的边缘， 在缝的边缘， 波的传播方向 波面。 波面。 发生改变。 发生改变。 当狭缝缩小，与波长相近时， 当狭缝缩小，与波长相近时， 衍射效果显著。 衍射效果显著。 衍射现象是波动特征之一。 衍射现象是波动特征之一。
加 强 减 弱
x
x
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第5节波的衍射
基础梳理
大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，这是什么原因呢？通过这节课的学习，我们就会知道，原来波遇到狭缝、小孔或较小的障碍物时会产生一种特有现象，这就是波的衍射。
一、衍射现象
1．定义：波在向前传播遇到障碍物时，会发生，偏离原来的直线方向而绕到障碍物的继续转播，这种现象就叫做波的衍射。
2．发生明显衍射的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长，或者比波长时，才能观察到明显的衍射现象。
3．对衍射现象的理解：（1）衍射是波特有的现象，都会产生衍射现象；（2）衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异；（3）障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象的条件；（4）一般情况下，的波容易产生显著的衍射现象；（5）波传到小孔(或障碍物)时，小孔（或障碍物）仿佛是一个新的，由它发出与原来同频率的波(称为)，在孔或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播方向的衍射现象；（6）当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于能量的减弱，衍射现象观察到。
二、生活中的衍射现象
1．声波：声波在空气中的波长较长，可以跟一般障碍物的尺寸相比拟。
比如“隔墙有耳”，“闻其声不见其人”等现象；就是因为声波发生了，绕过障碍物传入人耳，而光波由于波长很短，障碍物或孔的尺寸远大于光波，绕过障碍物而发生衍射现象，所以看不到说话的人。
2．无线电波：在房间中可以接收到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。
3．水波：在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石头、芦苇的细小的障碍物，会绕过它们继续传播，这都是典型的的衍射现象。
典例剖析
例1．关于波的衍射，下列说法中错误的是（）
A．衍射是一切波的特性
B．波长与孔的宽度差不多时，能发生明显衍射
C．波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显
D．波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显
解析：衍射是波所特有的现象，一切波都会产生衍射现象，产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长差不多，所以ABC正确，只有D不对。
答案：D
例2．波长为0.01m的声波，在经过某一小孔时发生了明显的衍射现象，则这个小孔的
可能直径为（ ）
A ．大约为1m 左右
B ．大约为0.01m 左右
C ．大约为0.1cm 左右
D ．大约为0.1m 左右
解析：产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长差不多。
所以B 、C 正确。
答案：BC
例3．波长为60m 和17m 的两列声波在空气中传播时，下列叙述中正确的是（ ）
A ．波长为60m 的声波比波长为17m 的声波传播速度慢
B ．波长为60m 的声波比波长为17m 的声波频率小
C ．波长为60m 的声波比波长为17m 的声波频率大
D ．波长为60m 的声波比波长为17m 的声波容易发生衍射
解析：波速取决于介质，所以两种波长的波波速相同，A 错；由f v λ=可知，波速相同，波长小的频率大，B 对C 错；障碍物或孔的尺寸比波长小就会产生明显衍射现象，波长较大的波容易产生显著的衍射现象，所以D 对
答案：BD 。
例4．图10-4-1是观察水面波衍射的实验装置，AC 和BD 是两块
挡板，AB 是一个孔，O 是波源。
图中已画出波源所在区域波的传播情
况，每两条相邻波纹（图中曲线）间的距离表示一个波长，则波经过孔
之后的传播情况，下列说法中正确的是（ ）
A ．此时能明显观察到波的衍射现象
B ．挡板前后波纹间距离相等
C ．如果将孔AB 扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D ．如果孔的大小不变，将波源的频率增大，将能更明显地观察到衍射现象
解析：此时孔的尺寸与波长相近，能观察到明显的衍射现象，所以A 选项正确；衍射不改变波速和频率，所以B 选项正确；孔扩大后，将逐渐偏离发生明显衍射的条件，所以C 选项正确；而波源频率增大，会使波长变小，更加符合明显衍射条件，所以D 选项错误。
答案：ABC
点评：发生明显衍射的条件是，孔或障碍物的尺寸比波长小或差不多。
同步训练
1．原来小孔宽度与水波波长相差不多，当孔逐渐变到很宽的过程中，其衍射现象（ ）
A ．一直很明显
B ．一直不明显
C ．由很明显变得不明显
D ．由不明显变得很明显
图10-4-1
2．已知空气中的声速是340m/s 。
现有几种声波：（1）周期为0.05s ；（2）频率为104Hz ；
（3）波长为10m 。
它们传播时若遇到宽度约为13m 的障碍物，发生明显衍射现象的是 （ ）
A ．（１）和（２） Ｂ．（２）和（３）
Ｃ．（１）和（３） Ｄ．都可以
3．下列有关衍射说法正确的是（ ）
A ．一切波都能发生衍射
B ．在各种条件下波都能发生明显衍射
C ．只有缝、孔宽度或障碍物尺寸比波长小时，才能发生明显衍射现象
D ．障碍物尺寸比波长略大时也能发生明显衍射现象
4
．下列关于波的衍射的说法正确的是
A
．衍射是一切机械波的特有的现象
B ．对同一列波，缝宽或孔、障碍物越小衍射现象越明显
C
．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D
．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大
5．如图10-4-2所示，波长相同的水波通过宽度不同的
孔，在a 图发生了明显的_____现象，这是因为孔的宽度和
波长_______的缘故；在b 图，孔后面的水波是在连接波源
和孔边的两条直线所限制的区域里传播，这是因为______
缘故．
6．日常生活中，一般的障碍物（尺寸为１.７cm~17m ）都“挡”不住声音，据此你是否能估算一下一般声音的频率范围？
7．将一只小瓶立于水波槽中，在槽中激发水波，若想在瓶子后面看到水波绕进的现象，激发水波的振子振动频率大些好还是小些好?为什么?
8．在做水波通过小孔衍射的演示实验时，激发水波的振子振动频率为5Hz ，水波在水槽中传播速度为0.05m/s ，为使实验效果更明显,使用的小孔直径d 应满足什么条件? 参考答案：
1．C
2．C
3．AD
4．BD
5．提示：在（a ）图中发生了明显的衍射现象，当然是因为小孔的宽度和波长相差不多的缘故，在（b ）图中发生的衍射现象不明显，接近直线传播，这是因为小孔太大的缘故。
6．提示：由公式f v λ=可得，m 17m 7.1<<λ，则Hz 20000Hz 20<<f 。
7．提示：由公式f v λ=
可知，振动在水波中的传播速度是一定的，水波的频率越小，图10-4-2
波长越大，从而衍射想象更明显。
8．提示：由公式f v λ=可知，水波的波长m 01.0=λ，所以小孔的直径小于0.01m 或者与0.01m 相差不多。