高中物理：光学-光的衍射

高中物理：光学-光的衍射

光的衍射是光学中的经典知识点，其在多个领域都有着广泛的应用，例如显微镜、天文望远镜等。本文将详细介绍光的衍射的基本概念、衍射定理、夫琅禾费衍射以及常见的实验方法。

一、光的衍射的基本概念

光的衍射是指光通过一个孔或者通过物体表面的缝隙后，光波会扩散成为一组新的光波，这种现象被称为光的衍射。在光的衍射中，光波会形成一些明暗交替的区域，这些区域被称为衍射图样，其形状和孔或者缝隙的大小和形状有关。

二、衍射定理

衍射定理是光学中最重要的定理之一，它是描述从一个孔或者一个光源丝的发射的光经过另一个孔或者缝隙后产生的光的波前的变化情况。衍射定理可以用来计算衍射图案的形状，以及通过使用光的衍射图案来确定物体的大小和形状。

衍射定理的公式如下所示：

sinθ = nλ/d

其中，θ是衍射角，n是衍射序数，λ是光的波长，d是孔或者缝隙的宽度。

三、夫琅禾费衍射

夫琅禾费衍射是一种典型的衍射现象，它是一种发生在单缝或双缝上的衍射现象。夫琅禾费衍射的衍射图样是一组纵向的亮暗条纹。

夫琅禾费衍射的公式如下所示：

dsinθ = nλ

其中，d是缝隙的大小，θ是衍射角，n是衍射序数，λ是光的波长。

四、实验方法

实验方法是研究光的衍射现象的重要手段。常见的光的衍射实验方法包括单缝衍射实验、双缝干涉实验、格点衍射实验等。

（1）单缝衍射实验

单缝衍射实验是研究光的衍射现象的最简单的实验方法之一，它可以通过一个狭窄的孔洞使光波扩散成为一个圆形的波前来观察光的衍射现象。

（2）双缝干涉实验

双缝干涉实验是研究光的干涉现象的重要实验方法，它可以通过两个狭缝使光波扩散成为一组具有干涉现象的亮暗条纹。

（3）格点衍射实验

格点衍射实验是一种研究光的衍射现象的实验方法，它可以通过一个光栅来使光波扩散成为一组具有规律的亮暗

条纹。

五、练习题

1. 一束波长为500nm的光穿过一个宽度为0.3mm的单缝后，经过距离1m的观察屏时，其衍射图样的第五个主极大的位置距离中心线的距离是多少？

参考答案：0.30mm

2. 光通过一组双缝（缝距为0.1mm，缝宽为0.05mm），在距离屏幕40cm处出现了一组亮暗条纹。若光的波长为600nm，则第二个暗条纹距离中心线的距离是多少？

参考答案：0.003mm

3. 孔径为0.1mm的单缝垂直于光线的方向，其中光的波长为520nm。当观察屏幕距离单缝为3m时，求衍射图样的第一极小的位置。

参考答案：2.6mm

4. 光通过一个1000个小孔的光栅后，在距离屏幕20cm 处出现了一组亮暗条纹。若光的波长为500nm，则光栅缝距是多少？

参考答案：2.0μm

5. 光通过一个单缝，缝宽为0.1mm，并在距离屏幕2m 处出现了一组亮暗条纹。若光的波长为500nm，则第七个暗条纹的位置距离中心线的距离是多少？

参考答案：0.21mm

6. 一束波长为600nm的光通过一个单缝，缝宽为0.1mm，并在距离单缝2m的地方出现了一组亮暗条纹。求衍射图样的第一极小的位置。

参考答案：0.015mm

7. 光通过一个单缝，缝宽为0.05mm，并在距离单缝4m 的地方出现了一组亮暗条纹。若光的波长为400nm，则衍射图样的第三个极大的位置距离中心线的距离是