蠟燭照到可調(diào)節(jié)孔大小的擋板上,當(dāng)孔較大時光沿直線傳播,在光屏上形成類似孔的亮斑;當(dāng)孔變得較小時,則屏上形成燭焰的像;當(dāng)孔再變小時,在屏上形成比孔大許多的模糊區(qū)域,這是為什么呢?你能解釋嗎?
知識點(diǎn) 光的衍射
一切波都能發(fā)生衍射，通過衍射把能量傳到陰影區(qū)域，能夠發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸跟波長差不多．
取一個不透光的屏，在它的中間裝上一個寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，用平行的單色光照射，在縫后適當(dāng)距離處放一個像屏 ．
定義：光通過很小的狹縫(或圓孔)時，明顯地偏離了直線傳播的方向，在屏上應(yīng)該出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)亮條紋或亮斑，應(yīng)該屬于亮區(qū)的地方也會出現(xiàn)暗條紋或暗斑的現(xiàn)象。
發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或縫的尺寸比光的波長小，或者與光的波長相差不多。衍射是波特有的現(xiàn)象，所以光的衍射可以證明光具有波動性。
衍射圖樣單縫衍射單色光通過狹縫時，在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央為亮條紋，中央條紋最寬最亮，其余條紋變窄變暗；
白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋。
圓孔衍射：光通過小孔時(孔很小)在屏幕上會出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。
圓盤衍射：障礙物的衍射現(xiàn)象。在單色光傳播途中，放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑。
例1：關(guān)于光的衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是(　　)。A.衍射條紋是光波相互疊加的結(jié)果B.光的衍射現(xiàn)象是光在傳播過程中偏離直線傳播繞到障礙物陰影里傳播的現(xiàn)象C.光的衍射現(xiàn)象完全否定了光沿直線傳播的結(jié)論D.光的衍射現(xiàn)象為光的波動說提供了有力的證據(jù)
【解析】衍射與干涉一樣,都是光波疊加產(chǎn)生的,只不過干涉是兩個相干光源發(fā)出的光進(jìn)行疊加,而衍射是同一個光源的不同部分發(fā)出的光進(jìn)行疊加,所以選項(xiàng)A正確。選項(xiàng)B實(shí)際上就是衍射現(xiàn)象的概念,顯然正確。光的衍射現(xiàn)象并沒有否定光的直線傳播,光的直線傳播就是明顯衍射條件不能滿足時的情況,選項(xiàng)C錯誤。衍射是波所特有的現(xiàn)象,而光的衍射現(xiàn)象正好證明光是一種波,選項(xiàng)D正確。【答案】ABD
例2：在用單色平行光照射單縫觀察衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是(　　)。A.縫越窄,衍射現(xiàn)象越顯著B.縫越寬,衍射現(xiàn)象越顯著C.障礙物一定的情況下照射光的波長越長,衍射現(xiàn)象越顯著D.障礙物一定的情況下照射光的頻率越高,衍射現(xiàn)象越顯著
【解析】要觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,必須讓孔或障礙物的尺寸足夠小,能與光的波長接近或比光的波長更小,由于光的波長極短,所以要求孔或縫的尺寸非常小。光的波長越長,相當(dāng)于縫越窄,而頻率越高,波長越短,相當(dāng)于縫越寬。故A、C正確?！敬鸢浮緼C
例3：以下說法正確的是(　　)。A.只有頻率相同、相位差恒定的兩束光才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象 B.兩只完全相同的燈泡發(fā)出的兩束光能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 C.如果光的波長與障礙物的尺寸相差不多,則能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象 D.如果光的波長比孔的尺寸大,則能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象
【解析】頻率相同、相位差恒定是光發(fā)生干涉的條件,不是發(fā)生明顯衍射的條件,選項(xiàng)A錯誤。即使是同一光源上不同部分發(fā)出的光,也不一定能發(fā)生穩(wěn)定的干涉,更不用說是兩個獨(dú)立的燈泡發(fā)出的光了,選項(xiàng)B錯誤。發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸與光的波長相差不太大,或者比光的波長小,當(dāng)光的波長比障礙物或孔的尺寸大時,衍射會更明顯,但這不是發(fā)生穩(wěn)定的干涉的條件,因此選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯誤。【答案】C
知識點(diǎn) 三種衍射圖樣的特點(diǎn)和比較
1.單縫衍射圖樣(1)中央條紋最亮，越向兩邊越暗；條紋間距不等，中央條紋最寬，兩邊條紋寬度變窄。(2)縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮條紋的亮度降低。
1.單縫衍射圖樣(3)中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關(guān)，入射光波長越大，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。(4)用白光做單縫衍射時，中央亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中央亮條紋仍然最寬最亮。
2.圓孔衍射(1)圓孔衍射如圖甲所示，當(dāng)擋板AB上的圓孔較大時，光屏上出現(xiàn)圖乙所示的圓形亮斑(光的直線傳播)；減小圓孔，光屏上出現(xiàn)光源的像(小孔成像)；當(dāng)圓孔很小時，光屏上出現(xiàn)圖丙所示的亮、暗相間圓環(huán)(衍射圖樣)。
2.圓孔衍射(1)圓孔衍射
2.圓孔衍射(2)圓孔衍射的圖樣特征①單色光的圓孔衍射圖樣：中央亮圓的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)；越向外，圓(亮)環(huán)亮度越低。②白光的圓孔衍射圖樣：中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環(huán)。
3.圓板衍射(1)各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，若在單色光(如激光)傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑。
3.圓板衍射(2)形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。(3)周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小。
例1：一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板,在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋?，F(xiàn)將其中一條窄縫擋住,讓這束紅光只通過一條窄縫,則在光屏上可以看到(　　)。A.與原來相同的明暗相間的條紋,只是亮條紋比原來暗些B.與原來不相同的明暗相間的條紋,而中央亮條紋變寬些C.只有一條與縫寬對應(yīng)的亮條紋D.無條紋,只存在一片紅光
【解析】本題一開始告訴我們產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象,說明兩縫都很窄,能夠滿足使紅光發(fā)生明顯衍射的條件,即擋住一縫后,在屏上得到的是單縫衍射圖樣。衍射圖樣和干涉圖樣的異同點(diǎn):中央都出現(xiàn)亮條紋,但衍射圖樣中央亮條紋較寬;兩側(cè)都出現(xiàn)明暗相間的條紋,干涉圖樣兩側(cè)為等間距的明暗相間的條紋,而衍射圖樣兩側(cè)為不等間距的明暗相間的條紋,且亮條紋的亮度減弱?！敬鸢浮緽
例2：如圖所示,甲、乙兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖像,其中圖甲是光的　　　　　(填“干涉”或“衍射”)圖像。由此可以判斷出圖甲所對應(yīng)的圓孔的孔徑　　　　　(填“大于”或“小于”)圖乙所對應(yīng)的圓孔的孔徑。?
【解析】甲圖是圓孔衍射圖樣,乙圖是光沿直線傳播通過圓孔形成的亮斑?！敬鸢浮垦苌洹⌒∮?br/>知識點(diǎn) 衍射光柵
1.衍射光柵的結(jié)構(gòu)由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學(xué)儀器。2.衍射圖樣的特點(diǎn)與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。3.衍射光柵的種類反射光柵、透射光柵。
光的衍射與直線傳播的關(guān)系
思考：(1)光的衍射現(xiàn)象說明光在傳播過程中偏離了直線傳播的路徑,這與光的直線傳播矛盾嗎?
【提示】(1)光的直線傳播與衍射并不矛盾,關(guān)鍵是光在什么樣的環(huán)境中傳播,障礙物的尺寸與光的波長有怎樣的關(guān)系。
思考：(2)光在什么情況下沿直線傳播,什么情況下不沿直線傳播?
【提示】(2)光在傳播過程中,在沒有障礙物的均勻介質(zhì)中沿直線傳播;當(dāng)障礙物的尺寸比波長大得多的情況下,衍射不明顯,可以認(rèn)為光沿直線傳播。
思考：(1)單縫衍射條紋與雙縫干涉條紋有哪些異同點(diǎn)?
【提示】不同點(diǎn):雙縫干涉條紋中央亮條紋與兩側(cè)的亮條紋等寬度、等亮度;單縫衍射條紋中央亮條紋最寬、最亮,而中央亮條紋兩側(cè)的亮條紋寬度變窄,亮度變小。
相同點(diǎn):入射光為單色光時,無論是雙縫干涉條紋還是單縫衍射條紋,亮條紋的顏色與入射光的顏色相同,暗條紋都是黑色。
思考：(1)如果把單縫衍射實(shí)驗(yàn)中的縫換成小圓孔或小圓板,還能不能觀察到光的衍射現(xiàn)象?如果能的話,小圓孔和小圓板形成的衍射圖樣一樣嗎 ?
【提示】(1)小圓孔和小圓板的尺寸小到一定程度時,能觀察到光的衍射現(xiàn)象。小圓孔和小圓板形成的衍射圖樣不一樣,圓孔衍射時,屏上對應(yīng)孔中心位置有一亮斑;圓板衍射時,屏上中央有一較大的黑斑,黑斑中心有一亮斑(泊松亮斑)。
思考：(2)泊松亮斑是不是由泊松預(yù)言并發(fā)現(xiàn)的?
【提示】(2)不是,泊松在駁斥光的波動說時計算出了亮斑,后來阿拉果通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了這個亮斑。
1.對于光的衍射的定性分析，下列說法中正確的是（ ）A．只有障礙物或孔的尺寸可以跟光波波長相比甚至比光的波長還要小的時候，才能明顯地產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象B．光的衍射現(xiàn)象是光波相互疊加的結(jié)果C．光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播的結(jié)論D．光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性
2.關(guān)于衍射，下列說法中正確的是(　　)A．干涉現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光波疊加后產(chǎn)生的結(jié)果B．雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象C．一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實(shí)
3.點(diǎn)光源照在一個剃須刀片上，在屏上形成了它的影子，其邊緣較為模糊，原因是(　　)A．光的反射 B．光強(qiáng)太小C．光的干涉 D．光的衍射
4.用單色光通過小圓盤與小圓孔做衍射實(shí)驗(yàn)時，在光屏上得到衍射圖樣，它們的特點(diǎn)是(　　)A．用小圓盤時中央是暗的，用小圓孔時中央是亮的B．用小圓盤時中央是亮的，用小圓孔時中央是暗的C．中央均為亮點(diǎn)的同心圓條紋D．中央均為暗點(diǎn)的同心圓條紋
5.抽制細(xì)絲時可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖2所示，激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則(　　)①這是利用光的干涉現(xiàn)象?、谶@是利用光的衍射現(xiàn)象?、廴绻辽蠗l紋變寬，表明抽制的絲變粗了?、苋绻辽蠗l紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)了A．①③ B．②④ C．①④D．②③

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5 光的衍射

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