第十三章光的衍射3解剖

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物理人教版选修3-4教材梳理第十三章 5.光的衍射含解析

疱丁巧解牛知识·巧学一、光的衍射1.衍射现象波能够绕过障碍物而到达“阴影”区域的现象.2.产生明显衍射现象的条件障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多.深化升华一切波在遇到障碍物或孔时，都可以发生衍射，要注意区分发生衍射和产生明显衍射现象的区分.3.三种不同的衍射现象（1）单缝衍射①单缝衍射：如图13-5-1所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光的传播不再沿直线传播，而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区还出现亮暗相间的条纹，即发生衍射现象.图13-5-1要点提示衍射是波特有的一种现象，只是有的明显，有的不明显而已，“闻其声不见其人”就是声波衍射的原因.②特点：a.缝变窄时，光有了明显的衍射现象，光所照射的区域变大，由于通过缝的光能少了，因此条纹的亮度会降低.b.在衍射现象中，中央亮条纹与邻边的亮条纹相比有明显的不同，中央亮条纹不仅亮度大，宽度也大.要点提示用单色光照射单缝时，光屏上出现亮、暗相间的衍射条纹，中央条纹宽度大，亮度也大，与干涉条纹有区别.深化升华用白光照射单缝时，中间是白色亮条纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的是红光.（2）圆孔衍射如图13-5-2所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图中甲所示的情形，无衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图中乙所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环.图13-5-2特点：衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是亮、暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小.深化升华 (1)单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环；(2)白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环.（3）泊松亮斑——障碍物的衍射现象在1818年，法国物理学家菲涅耳提出波动理论时，著名的数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出圆板后的中央应出现一个亮斑，这看起来是一个荒谬的结论，于是在同年，泊松在巴黎科学院宣称他推翻了菲涅耳的波动理论，并把这一结果当作菲涅耳的谬误提了出来，但有人做了相应的实验，发现在圆板阴影的中央确实出现了一个亮斑，这充分证明了菲涅耳理论的正确性，后人把这个亮斑就叫泊松亮斑.各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清，若单色光传播途中，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.辨析比较白光的衍射和单色光的衍射的区别白光的衍射条纹为中央亮而宽外侧暗而窄，靠近光源的外侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色，条纹间距不等.而单色光的衍射条纹为中央亮而宽外侧暗而窄，条纹间距不等.因可见光中红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，各色光的波长不同，在发生衍射时的条纹间距也各不相同，对同样的障碍物或孔的尺寸，红光波长最长，产生的衍射条纹间距最大，紫光波长最小，产生的衍射条纹间距最小，所以红光在外侧而紫光在内侧.4.衍射现象的分析（1）用单色光照射狭缝，在狭缝较宽时，屏上出现一段亮条纹，且缝越窄，亮条纹也越窄，因为此时狭缝宽度比波长大很多，光是沿直线传播的；当狭缝很窄时，屏中央出现一条比狭缝宽度大很多的亮条纹，两侧的亮条纹离中央亮条纹更远，产生了明显的衍射现象.（2）用单色光照射小孔，随着圆孔的减小，屏上先后出现的是：圆形亮斑→光源倒立的像（小孔成像）→明暗相间的圆环（衍射图样）.（3）衍射条纹的产生，实质上是光波发生干涉的结果，即相干波叠加的结果.当光源发出的光照射到小孔或障碍物上时，小孔处看作有许多点光源，障碍物的边缘也要看成许多点光源（惠更斯原理）.这些点光源是相干光源，发出的光相干涉，在光屏上形成亮暗相间的条纹.5.光的干涉和光的衍射的比较（1）双缝干涉和单缝衍射都是波叠加的结果，只是干涉条纹是有限的几束光的叠加，而衍射条纹可认为是极多且复杂的相干光的叠加.（2）单缝衍射时，照射光的波长越长，中央亮纹越宽，衍射和干涉都能使白光分色，且中央白光的边缘均呈红色.（3）干涉和衍射的图样有相似之处，都是亮暗相间的条纹，只是干涉条纹中各条纹宽度和亮纹亮度基本相同，衍射条纹中各条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮.辨析比较单缝衍射与双缝干涉现象都有明暗相间的条纹，它们有以下相同点与不同点：。

【最新】高中物理人教版(选修3-4)第十三章光第5节光的衍射+课件(共30张PPT).ppt

B.各亮条纹的宽度不同而亮度相同
C.各亮条纹的宽度相同而亮度不同
D.中央亮条纹的宽度最宽，亮度最亮
巩固练习
4.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
新课内容
四、常见的衍射现象
如果增加狭缝的个数，衍射条纹宽度变窄，亮度将增加。
N=1 N=2 N=3 N=4
结束
巩固练习
1.下列属于光的衍射现象的是：（ D ） A.雨后天空出现的绚丽的彩虹 B.阳光下肥皂膜上的彩色条纹 C.太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹 D.眼睛眯成一条线看到的发光的电灯周围有彩色花纹
巩固练习
2. 用单色光照射双缝，在像屏上观察到明暗相间的干涉条纹，现用遮光板将其中的一个缝挡住，则像屏上观
察到（ B ）
A.宽度均匀的明暗相间的条纹。 B.中央亮而宽，两边窄而暗条纹。 C.一条亮纹。 D.一片亮光。
巩固练习
D 3.下列关于单缝衍射的说法中，正确的是（
）
A.和光的双缝干涉图样相同
第十三章光
第5节光的衍射
学习目标
1．通过实验观察认识光的衍射现象，知道衍射现象是光的波动性证据。 2．理解产生明显衍射的条件，知道光的衍射图样的主要特征，了解常见的衍射现象。
问题提出
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？
新课内容
二、单缝衍射图样的及其规律 2.单缝衍射规律

高中物理-第13章-第5节光的衍射课件-新人教版选修3-4

第十三章光
第十三章第五节光的衍射
1 学习目标定位 2 课堂情景切入 3 知识自主梳理
4 重点难点突破 5 考点题型设计 6 课后强化作业
学习目标定位
※
知道光的衍射现象及衍射条件
※
了解光的波动性
课堂情景切入
这是用光射到一个不透光的小圆形障碍物上形成的影，影的中心有一个圆形的亮斑，你知道这是怎样形成的吗？
答案：D
(福州八县一中2013～2014学年高二下学期期末联考)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
A．a、c C．a、d
B．b、c D．b、d
答案：D 解析：单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样。
知识自主梳理
光的衍射
1．衍射现象光能够绕过___障__碍__物____而到达“阴影”区域的现象。 2．产生明显衍射现象的条件障碍物或孔的尺寸___比__光__波__波__长__小___或 __与__光__波__波__长__差__不_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。 (2)衍射图样的特点明暗相间的____环__状_____条纹，中央为____圆__形_____亮斑。
衍射光栅
1．结构有许多等宽的狭缝_等__距__离___排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越___亮____。 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__光栅和___透__射___光栅。

山东省专用学年高中物理第十三章光第节光的衍射光的偏振课件新人教版选修.ppt

2019年9月25
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15
1．观察单缝衍射现象时，把缝宽由 0.2 mm 逐渐增大到 0.8 mm，
看到的现象是
()
A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显
B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显
C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强
D．以上现象都不会发生
解析：由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍
(2)图丁中中央条纹的颜色为白色，因为各种色光在屏中央均为亮条纹，七色光叠加后，中央条纹即为白色。
[答案] 见解析
2019年9月25
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衍射图样的特征 (1) 对于衍射条纹的特征用十二个字概括： “ 中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”。其中“中白边彩”只适合于白光光源。 (2)各种衍射图样的形状不同，而图样的分布规律、影响因素都是类似的。
强度都相同。 (2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方
向振动的光。
2019年9月25
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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5
3．光的偏振
只有沿偏振片的“ 透射方向”振动的光波才能偏振现象
通过偏振片
结论偏振现象表明，光是一种横波
①自然光通过偏振片后，得到偏振光
偏振光的形成
②自然光在介质表面反射时, 反射光和
2019年9月25
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(2)圆孔衍射的图样特征： ①单色光的圆孔衍射图样：中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环；越向外，圆(亮)环亮度越低。 ②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。 3．圆板衍射 (1)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，若在单色光(如激光)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。 (2)形成泊松亮斑时，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。 (3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。

人教版选修3-4 第13章第5-6节光的衍射光的偏振课件(54张)

3．要观察纳米级以下的微小结构，需要利用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜．有关电子显微镜的下列说法正确的是 ()
A．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射
B．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射
C．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射
3．衍射光栅 (1)结构：有许多等宽的狭缝 6 _等__距__离___排列起来形成的光学元件．狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越高． (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 7 __增__加__． (3)衍射光栅的种类： 8 _透__射___光栅和 9 __反__射__光栅．
⑤只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样．在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏上依次得到几种不同的现象—— 圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环 (衍射图样)．
(3)圆屏衍射图样(泊松亮斑) ①中央是亮斑． ②形成泊松亮斑时，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． ③周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小．
|基础小题·做一做| 1．正误判断 (1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象．( × ) (2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象．( × ) (3)用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹．( √ )
(4)凡是波都有偏振现象．( × ) (5)反射可以引起自然光的偏振．( √ ) (6)拍摄水中游鱼时，在镜前装一偏振片是利用光的偏振现象．( √ )
(2)圆孔衍射图样 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．

光的衍射2011分解

(A)换一个光栅常数较小的光栅。
(B)换一个光栅常数较大的光栅。
(C)将光栅向靠近屏幕的方向移动。
(D)将光栅向远离屏幕的方向移动。
答：（B）(a
b) sin
k
k max
a
b
例2. 在450~650nm之间的复色平行光垂直照射在每厘米有5000条刻线的光栅上，屏上第二级光谱各色光所占范围的宽度为35.1cm，求透镜的焦距。
-2
-
0
-/4
/4
dsin
2
2.单缝衍射对多缝干涉影响(N=4,d=4a)
单缝衍射光强曲线
I0单 I单
-2
-1
0
多光束干涉光强曲线
N2
1
2 sin (/a)
-8
-4
光栅衍射光强曲线
-8
-4
0
4
I N2I0单
单缝衍射轮廓线
0
4
8 sin (/d) 8 sin (/d)
3.谱线缺级现象
光栅衍射光强曲线
光的衍射 Diffraction of light
§23.1 光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理
一. 光的衍射
1.现象:
衍射屏
S
*
a
观察屏
衍射屏
L
S *
观察屏 L
2.定义: 光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象.
二.夫琅和费衍射和菲涅耳衍射 1.菲涅耳衍射
S
衍射屏离光源或接收屏的距离
D
0 sin
二.*光学仪器的分辨本领
——对相邻点状物的分辨能力
刚可分辨
不可分辨
非相干叠加
瑞利判据:对于两个光强相等的不相干的点物，若其一个衍射光斑的中心恰好落在另一的边缘(第一暗纹处), 被认为是刚可分辨。

大学物理课件13光的衍射

该原理可以解释光的直线传播、反射、折射等现象，是光学和波动理论中的重要原理之一。
衍射的几何理论
01
衍射的几何理论是通过几何方法来研究光波传播的基本规律，包括光线的传播、反射、折射等。
02
该理论基于几何光学的基本假设，即光沿直线传播，且光速不变。
衍射的波动理论
衍射的波动理论是研究光波在空间中传播的基本规律，包括光波的干涉、衍射等现象。
波动方程
首先建立光源发出的光波波动方程。
惠更斯-菲涅尔原理
应用惠更斯-菲涅尔原理，分析光波通过圆孔后的衍射情况。
基尔霍夫衍射理论
应用基尔霍夫衍射理论，推导出圆孔衍射的数学公式。
公式推导
通过数学推导，得出圆孔衍射的强度分布公式和衍射条纹的角度分布公式。
05 光的双缝干涉与衍射
双缝干涉与衍射的实验装置
光源
双缝装置
选择单色性好的激光光源，确保光波的相干性。
设置两个平行且相距一定距离的小缝，用于产生相干光束。
屏幕
光路调整
放置在双缝装置的后面，用于观察干涉和衍射条纹。
确保光束垂直照射在双缝上，并使屏幕与双缝平行。
双缝干涉与衍射的实验结果
干涉条纹
在屏幕上出现明暗相间的干涉条纹，条纹间距与光波长和双缝间距有关。
单缝衍射的实验结果
中央亮条纹
光通过单缝后，会在屏幕中央形成最亮条纹。
两侧衍射条纹
在中央亮条纹两侧，出现对称的衍射条纹。
条纹宽度与单缝宽度的关系
单缝越窄，条纹越宽，衍射现象越明显。
单缝衍射的数学公式推导
波动理论
01
光波在传播过程中遇到障碍物时，会产生衍射现象。
惠更斯-菲涅尔原理

大学物理——光的衍射ppt课件

式中C为比例系数，K(θ)为随θ角增大而缓慢减小的函数，称为倾斜因子.当θ＝0时，K(θ)为最大；当时， K(θ)＝0，因而子波叠加后振幅为零.
2
❖ 波阵面上所有dS面元发出的子波在P点引起的
合振动为
E d E C K ( r)co s2 (T t r)d S
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§13-2 单缝夫琅禾费衍射
一、单缝夫琅禾费衍射
1、装置和现象
E
L1
L2
S
a A
f
D

L1、 L2 透镜 A：单缝
E：屏幕
缝宽a
缝屏距D（L2之焦距f）
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中央明纹
10 首页上页下页退出
夫朗禾费单缝衍射图样是一组与狭缝平行的明暗相间的条纹，其中中央条纹最亮最宽。
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11 首页上页下页退出
因此中央明条纹的线宽度为
x0 2x12 1 .53m m
(2)第1级明条纹对应的衍射角满足
sin (2 k 1 )2 a2 3 6 2 1 1 0 0 7 44 .5 1 0 3
所以第1级明条纹中心到中央明条纹中心的距离为
x f t a n f s i n 0 . 5 4 . 5 1 0 3 2 . 2 5 1 0 3 m 2 . 2 5 m m
根据已知条件，在屏上P处出现第3级暗纹，所以对于P位置，狭缝处的波面可划分为6个半波带.
(1)缝宽减小到一半，对于P位置，狭缝处波面可分为3个半波带，则在P处出现第1级明纹.
(2)改用波长为1.5λ的单色光照射，则狭缝处波面可划分的半波带数变为原来的一点五分之一，对于 P位置，半波带数变为4个，所以在P处将出现第2级暗纹.

人教版高中物理选修3-4课件 13 光的衍射课件

不只是狭缝、圆孔和圆盘，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．
想一想：
为什么我们说光沿直线传播是有条件的？
我们通常所说“光沿直线传播”只是一种特殊情况，光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的。
考虑到光的衍射，则只有在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，光才可以看作是沿直线传播的。
单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹
三、圆孔衍射
1、孔较大时——
A S
光沿直线传播
屏上出现光斑，但边缘有些模糊.
光的衍射
B
三、圆孔衍射
2、孔减小时——
A S
光沿直线传播
屏上出现光源倒立的像
小孔成像
B
三、圆孔衍射
3、孔较小时——
光的衍射
屏上出现衍射图板上，板上有可以自由收缩的正方形
二、光的双缝干涉与单缝衍射的比较
种类项目
单缝衍射
双缝干涉
产生障碍物或孔的尺寸比波频率、振动方向相同,相位差
条件长小或跟波长差不多恒定的两列光波相遇叠加
不同
条纹宽度
条纹宽度不等,中央最宽
条纹宽度相等
点
条纹各相邻条纹间距不等,越间距靠外条纹间距越小
各相邻条纹等间距
亮度中间条纹最亮,两边变暗清晰条纹,亮度基本相等
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
B．明暗相间的彩色条纹 C．变暗消失
答案：
D．正方形光斑 E．正方形光斑由大变小
D→E→A→B→C

2018-2019学年人教版选修3-4第13章第5节光的衍射课件(31张)

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第十三章光
2．三种不同的衍射现象
(1)单缝衍射
单缝衍射图样的特点 ①单色光的单缝衍射图样是明暗相间、亮度越来越暗且不等距的条纹，中央是亮纹，亮度大，宽度也大；波长越长，条纹间距越大，中央亮纹越宽； 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。 (2)圆孔衍射
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(2)衍射图样的特点环状条纹，中央为______ 圆形亮斑。明暗相间的______
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第十三章光
2．单缝衍射的条纹特点
亮条纹，离中心条纹越远，亮条纹的宽度 ______ 变窄，亮度 (1) 中央条纹为 ________ 变暗。 ______ 越暗。 (2)狭缝越窄，中央亮条纹______ 3．圆盘衍射(泊松亮斑) (1)现象亮斑。用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个______
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①单色光的圆孔衍射图样中央亮纹的亮度大，外面是明暗相间的不等距的
圆环，越向外，亮环亮度越低；
②白光的圆孔衍射图样中央亮纹为白色，周围是彩色圆环。
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第十三章光
(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象
各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，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
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暴等恶劣天气里，使司机和行人都能看到红灯，避免交通事故的发生；同时红
3-4 ·
光也容易引起人们的视觉反应。
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第十三章光

人教版高中物理选修3-4课件第十三章第五、六节光的衍射、光的偏振

【答案】 C 【规律总结】 (1)自然光通过一个偏振片成为偏振光，透射光的偏振方向与偏振片的放置有关，但光的强度与偏振片的方向无关． (2)偏振光通过偏振片时，透光的强度与偏振方向和偏振方向的夹角大小有关．
寻规探法思维启迪
单缝衍射与双缝干涉的比较【范例】 (2013·北京六中高二检测)如图所示的4幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是( )
2．圆孔衍射图样 (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)只有圆孔足够小时，才能得到明显的衍射图样．在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同现象— —圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗． (3)用不同色光照射圆孔时，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，周围是彩色同心圆环． (5)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．
4．偏振现象的应用 (1)摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振片． (2)数字式电子表、空调遥控器、数字式调谐收音机、计算器、数字多用表、带液晶显示的玩具等，它们的液晶显示器都用到了偏振现象．
要点探究讲练互动
要点一三种衍射图样的比较 1．单缝衍射图样 (1)缝变窄，通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低． (2)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大． (3)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮．

高中物理选修3---4第十三章第五节《光的衍射》新课教学课件

3、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大． 4、单缝不变时，光波波长大的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大．
红光单缝宽0.8mm 蓝光单缝宽0.4mm
5、白光的单缝衍射条纹为中央亮条纹为白色，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，内侧为紫色．
白光单缝宽0.4mm
实验：在不透明的屏上安装一个宽度可调的圆孔，缝后放置一个光屏，用单色光平行光照射缝，调节缝的宽度，你看到了什么现象？
【例题】某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点(ACD ) A.若狭缝与灯丝平行，衍射条纹与狭缝平行 B.若狭缝与灯丝垂直，衍射条纹与狭缝垂直 C.衍射条纹的疏密程度与狭缝宽度有关 D.衍射条纹的间距与光的波长有关
【例题】在观察光的衍射现象的实验中,通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝),可以看到（ C ） A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹 C.彩色的直条纹 D.彩色的弧形条纹.
2.光发生明显衍射的条件：缝、孔或障碍物的尺寸小于波长或与波长差不多。尺寸越小，波长越长，衍射现象越明显。
2.物理意义：光的衍射现象说明光是一种波。
观察下列衍射图样，分析单缝衍射规律：
二、单缝衍射特点：
1、中央亮纹而亮．
红光单缝宽0.4mm
2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、逐渐变暗．
2.光发生明显衍射的条件：缝、孔或障碍物的尺寸小于波长或与波长差不多。尺寸越小，波长越长，衍射现象越明显。
2.物理意义：光的衍射现象说明光是一种波。
课堂小结
二、单缝衍射特点：
1、中央亮纹宽而亮．
2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、逐渐变暗．

物理人教版选修3-4 第13章 5.光的衍射 Word版含解析

5 光的衍射一览众山小诱学·导入材料：1660年，意大利科学家格里马尔迪发现了一个奇怪的现象.在一间小黑屋的门上钻上一个小圆孔，让光透过小孔射到墙上.在透过小孔的光束中，他立了一根细的木杆，墙上还出现了一个奇妙的影子，这个影子竟然比细杆宽得多，而且在它周围还出现了几个条纹. 问题：我们知道水波和声波具有绕过障碍物的本领，光有没有绕行的本领呢？导入:在人们的印象中，光从来不会绕弯，只会直直地向前冲.本节将在实验的基础上揭示光在传播过程中当遇到障碍物时发生的现象.温故·知新1.试说明波具有哪些特有现象？答:波的干涉；波的衍射；多普勒效应.2.什么是波的衍射，什么条件下能够发生明显的衍射现象？答:波可以绕过障碍物继续传播的现象叫波的衍射.在缝孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象.3.各种颜色的光的波长不同，说明常见色光的波长数量级，并按波长由大到小的顺序进行排列.波长的数量级是10-7 m （几百纳米）；波长由大到小依次排列为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.4 单摆一览众山小诱学·导入材料：在生活中我们经常看到挂钟钟摆在摆动时能够准确计时.伽利略发现教堂里的吊灯左右摆动时具有等时性.1641年，惠更斯按照伽利略的构想，发明制造了第一个摆钟.当摆钟走时不准时，只要拧一拧钟摆摆锤下方的螺母，走时就会变得准确.问题：摆钟为什么能够准确计时？当摆钟走时不准时，如何调节？为什么拧一拧钟摆摆锤下方的螺母，走时就会变得准确？导入:摆钟、吊灯等悬挂起来的物体在竖直平面内摆动，都具有固定的周期.周期的长短与物体与悬线、悬点组成的系统有关.拧一拧钟摆摆锤下方的螺母，实际上就是改变系统的周期来调节钟摆的快慢.温故·知新1.怎样判断质点的运动是简谐运动.答：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律；它的振动图象（x-t 图象）是一条正弦曲线；质点所受的力与它偏离平衡位置的位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动.2.什么是回复力？试举例说明.答：做简谐运动的质点，受到的指向平衡位置的力，其作用总是要把物体拉回到平衡位置，这样的力叫回复力.比如弹簧振子中弹簧的弹力.3.用秒表怎样测量弹簧振子振动的周期？怎样测更准确一些？答：用秒表测量完成n 个全振动所用的时间t ，nt 就是振动的周期.n 的值取大一些可以减小周期的测量误差.。

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三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射
按光源,
障碍物,
屏 , 三者相对位置分
衍
接
射
收
屏
屏
S
衍
接
射
收
屏
屏
1、菲涅耳衍射
衍射屏、光源和接收屏之间（或二者之一）均为有限远。
2、夫琅禾费衍射
衍射屏与光源和接收屏三者之间均为无限远。
（实际上是：入射光为平行光，出射光亦为平行光→用透镜获
取平行光→再用透镜汇聚平行光于光屏。)
❖ 惠更斯提出的子波假设：波阵面上的每一点都可看成是
发射子波的新波源，任意时刻子波的包迹即为新的波阵面。 “子波”的概念不涉及波动的时、空周期性，因而不能说明在不同方向上波的强度分布，即不能解释波的衍射。
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❖ 菲涅耳在惠更斯提出的子波假设基础上，补充了描述次波基
本特征的时空周期的物理量:位相和振幅，及波的叠加。认为：从同一波阵面上各点发出的次波，在传播过程中相遇时，也能相互叠加而产生干涉现象，空间各点波的强度，由各子波在该点的相干叠加所决定。这就是惠更斯—菲涅耳原理。
2
r
)
0 ]
dE0 ∝ dS,即正比于面元dS
振幅 dE0 ∝ 1/r ,反比于dＳ到Ｐ点的距离r
dE0 ∝ K(θ) ，表示dE0随角的增大而单调减少，＞９００时K()=0,即无倒退的子波。
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❖ 位相
(t
2
r
)
0
❖ P点振动的合成可由菲涅尔衍射公式给出
所有面元发出的次波在P点的相干叠加结果为
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§13-2 单缝夫琅禾费衍射
一、单缝夫琅禾费衍射
1、装置和现象
E
L1
L2
S
a A
f
D
L1、 L2 透镜 A：单缝
E：屏幕
缝宽a
缝屏距D（L2之焦距f）
中央明纹
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夫朗禾费单缝衍射图样是一组与狭缝平行的明暗相间的条纹，其中中央条纹最亮最宽。
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3、用半波带理论分析衍射条件
①衍射角为的一束平行衍射光的光程差：
考虑一束平行衍射光，作
AC⊥BC，则BC段即为这一束
平行光的最大光程差。
A
BC a sin
a
（式中a为缝宽）
L
B
C
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②、半波带方法：按相距／2 作平行于AC的平面
A1A1/,A2A2/,…将光程差BC分割成n个相等的部分，同时这些平面也将波面AB分割成n个相等的部分ＡＡ１，Ａ１Ａ２… 它们称之为波带。
由于每相邻波带对应点如A、A1， A1、 A2 …向方向发出的光波A〞 A1〞，A1〞 A2 〞 … 的光程差逐一相差半个波长，故称之为“半波带”。
A//
A1//
A
A2 //
A1
A3//
A2
B //
A3
C
B
A3/
A2/ A1/ A/
2
③、用半波带方法解释衍射：
❖两相邻波带的对应点（如边缘，中点）在P点引起的振动
每一束平行光经透镜L2汇聚后，聚焦于L2焦平面上的一点。对同一束平行光而言，它们来自同一波前上的各个子波，因
此满足相干条件。
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每一束平行光都在光屏上进行相干叠加，其相干叠加后的振幅，则由他们的光程差决定。
显然，对于 =0的一束，其中每条光线的光程都相等，因而叠加结果相互加强，即为中央亮纹。
惠更斯——菲涅尔原理= 次波与次波的相干叠加
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2、惠更斯－菲涅耳原理的数学表示
基本出发点：波面S在其前面某点P相干叠加的结果，取决于波面上所有面元ds在
S ds
n
θr
P
P点产生的振动之和。
在S上取一面元ds，ds子波源发出的子波在P点引起的振动为：
dE
菲涅耳假设
dE0
cos[(t
如光线系1，光线系2，…等构成无穷多束平行衍射光。
3
A
2
３1
２
３１
２
K
３
１ O/
２
３２１ L
１
B
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❖ 平行衍射光的方向
L1
A
L2
P
a
S
C
B
dL
f
每一个方向的平行光与单缝法线方向之间的夹角用表示，称为衍射角，衍射角的变化范围为0→±π/2 。
❖ 平行衍射光在焦平面上相干汇聚
2、惠更斯－菲涅耳原理分析衍射过程
❖ 平行衍射光的得
设平行入射光垂直投射到缝K上，其波前与缝平面AB重合。按惠更斯原理，波前上的每一点都可看成发射球形子波的波源，而每个子波源都可以向前方各个方向发
出无穷多束光线，统称为衍射光， O
如图中A点的1，2，3…光线都是衍射光线。
每个子波源所发出的沿同一方向的平行光构成了一束平行衍射光。
其位相差是。
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❖各半波带的面积相等，各波带上的子波源的数目也相等。
所以相邻两带在P点振动的贡献相互削弱，即为相消干涉。
A
A1 A2
a A3
B
2
P
O f
故在给定的衍射角中，若BC刚则P点为相消干涉而出现暗纹；
好截成偶数个半波带，
则P点为相长干涉而出现亮纹(多
一、光的衍射现象
1、什么叫衍射波在传播中遇到障碍物，使波面受到限制时，能够绕过障
碍物继续前进的现象。 2、光的衍射现象 • 光不再是直线传播，而有光进入障碍物后的几何阴影区。 • 光所到达的区域，其强度分布也不均匀。
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实验发现，光通过宽缝时，是沿直线传播的，如图(a)所示。
若将缝的宽度减小到约104m及更小时，缝后几何阴影区的光屏上将出现衍射条纹，如图 (b)所示，这就是光的衍射现象。
光源 S
光源 S
屏
幕
E
单缝K
a
b
(a) 屏
a 幕
E
(b)
b
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二、惠更斯－菲涅耳原理
1、惠更斯－菲涅耳原理的基本内容
❖ 波动有两个基本特性，
波是振动的传播，波具有时空周期性，且能相互叠加。
E
S
C
k (
r
)
E0
cos(t
2
r
0 )ds
• P点的振动为无限多个振动源相干叠加的结果，所以变成了一个无限多光束的干涉问题。
• 原则上，菲涅尔公式可以讨论一般衍射问题。但只对某些简单情况才能精确求解。
• 由于直接积分很复杂，所以常常利用“半波带法”（代数加法）和“振幅矢量加法”（图解法)。
第十三章光的衍射
§13-1 光的衍射 §13-2 单缝夫琅和费衍射 §13-3 衍射光栅 §13-4 圆孔衍射分辩率 §13-5 X射线的衍射
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§13-1 光的衍射惠更斯－菲涅耳原理
衍射现象是波动性的另一重要表现。只要光在传播，就有衍射现象。衍射和传播是联在一起的。