高中物理魯科版 (2019)選擇性必修 第一冊(cè)第3節(jié) 光的衍射精品ppt課件

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光是一種電磁波。也會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象
問(wèn)題1.什么是波的衍射現(xiàn)象？
問(wèn)題2.發(fā)生明顯衍射的條件是什么？
波在傳播方向上遇到障礙物或孔隙時(shí)，能繞到障礙物陰影里去繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的衍射
障礙物或孔的尺寸跟波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小。
用一束激光照射大小不一的小孔，觀察光屏上出現(xiàn)的現(xiàn)象。
光已傳播到原來(lái)應(yīng)是陰影的地方。
當(dāng)圓孔足夠小時(shí)，可觀察到屏上出現(xiàn)了明暗相間的圓環(huán)。
光繞過(guò)障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射
來(lái)自小孔不同位置的光在屏上相遇疊加，有的相互加強(qiáng)，有的相互減弱，形成明暗相間的衍射圖樣。
1、孔較大時(shí)—屏上出現(xiàn)清晰的光斑
2、孔較小時(shí)—屏上出現(xiàn)衍射圖樣
當(dāng)縫較寬時(shí)，光沿著直線方向通過(guò)狹縫，在屏上形成一條與單縫相似的亮條紋；
單縫寬度逐漸減小時(shí)，亮條紋的寬度反而增大了，這表明光沒有沿直線傳播，它繞過(guò)了縫的邊緣，傳播到比單縫更寬的地方。
（1）單縫衍射條紋的特征
（中央為亮紋，兩側(cè)亮紋較窄、較暗）
①波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫越窄,中央 條紋越寬，各條紋間距越大．(衍射越明顯)
②單縫不變時(shí)，波長(zhǎng)大的中央亮紋越寬，條紋間隔越大(衍射越明顯)
③白光的單縫衍射條紋為中央亮,兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色．
白光單縫衍射與干涉圖樣的區(qū)別
白光的單縫衍射條紋為中央寬且亮,兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色．
白光干涉中央為白色亮條紋的明暗相間的彩色條紋；干涉條紋是以中央亮紋為對(duì)稱點(diǎn)排列的；在每條彩色亮紋中紅光總是在外側(cè)，紫光在內(nèi)側(cè)。
光的明顯衍射也是有條件的。只有當(dāng)障礙物或孔的尺寸接近光的波長(zhǎng)時(shí)，衍射才是明顯的?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)范圍通常是4.0×10-7～7.6×10-7m，而光所遇到的一般物體的線度都比它的波長(zhǎng)大得多，所以在日常生活中很難看到光的衍射現(xiàn)象。只有在光照射到像小孔、狹縫、針尖這樣細(xì)小的器件上時(shí)，我們才可能觀察到衍射現(xiàn)象以及它所產(chǎn)生的衍射圖樣。
如圖所示，讓一束光通過(guò)剃須刀片，仔細(xì)觀察，剃須刀片邊緣有條紋出現(xiàn)，這就是光在刀片邊緣處產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，不僅小孔、狹縫能使光產(chǎn)生衍射，不同形狀的各種障礙物都可能使光產(chǎn)生衍射，并在邊緣呈現(xiàn)明暗相間的衍射圖樣，從而使其影像的輪廓變得模糊不清。
1818年，年輕菲涅耳按照光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)深入研究了光的衍射，并提出了解決衍射問(wèn)題的數(shù)學(xué)方法。當(dāng)時(shí)的科學(xué)家泊松卻是光粒子說(shuō)的支持者。他根據(jù)菲涅耳的理論計(jì)算出光在圓盤后的影像中心應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮斑。泊松認(rèn)為這是非?；闹嚨?，并聲稱駁倒了光的波動(dòng)說(shuō)。此時(shí)，菲涅耳用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了亮斑的存在。泊松的計(jì)算反而成了波動(dòng)說(shuō)的有力支持。所以后人為了記念這一事件，就將這個(gè)亮斑稱為泊松亮斑。
二、衍射對(duì)分辨本領(lǐng)的影響
光通過(guò)足夠小的孔時(shí)，會(huì)因衍射而明顯地偏離直線傳播方向，并產(chǎn)生衍射圖樣。這一現(xiàn)象對(duì)顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等精密光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了直接影響。
由兩個(gè)相鄰的點(diǎn)光源 S1 和S2 發(fā)出的光，通過(guò)小孔后分別在屏上形成兩個(gè)像 I1 和 I2［圖（a）］，這兩個(gè)像實(shí)際上光源 S1 和 S2 的衍射圖樣。如果換用更小的圓孔，保持 S1 和 S2 之間的距離和其他條件都不變，則會(huì)發(fā)現(xiàn)衍射現(xiàn)象更加明顯而使屏上兩個(gè)衍射圖樣變得更大［圖（b）］。當(dāng)圓孔足夠小時(shí)，屏上的兩個(gè)衍射圖樣會(huì)出現(xiàn)部分重疊，使兩個(gè)光源在屏上所成的像變得難以分辨。當(dāng)一個(gè)圓斑像的中心剛好落在另一個(gè)圓斑像的邊緣上時(shí)，我們稱這兩個(gè)像剛好能被分辨。
光學(xué)儀器上的透鏡相當(dāng)于一個(gè)圓孔。一個(gè)光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)，就是這個(gè)儀器能把彼此靠近的物體的像分離開來(lái)的能力。透鏡的直徑越小，產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)就越低。光學(xué)儀器是不可以通過(guò)增大儀器的放大率來(lái)提高它的分辨本領(lǐng)的。增大放大率后，雖然放大了像點(diǎn)之間的距離，但每個(gè)像的衍射斑也被放大了。原來(lái)不能分辨的物體，放得再大，仍不能被我們的眼睛或照相底片所分辨。
顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)與衍射有關(guān)
對(duì)于望遠(yuǎn)鏡，因受到衍射現(xiàn)象的影響，不管物鏡是透鏡還是反射鏡，尺寸越大，分辨本領(lǐng)就越好。
1821年，夫瑯和費(fèi)利用衍射原理制作了一種光學(xué)器件：衍射光柵。
在兩個(gè)螺桿上繃上許多平行的細(xì)金屬線，或在玻璃片上刻上許多均勻細(xì)槽。因形狀類似柵欄，所以稱為衍射光柵。常見的有透射光柵和反射光柵。
光照射到光柵時(shí)既發(fā)生多縫干涉也發(fā)生單縫衍射，使得亮條紋比單縫時(shí)的條紋細(xì)很多。這樣我們可以在幾乎黑暗的背景上看到一系列又細(xì)又亮的條紋。
光柵的這一特點(diǎn)，使它成為科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)應(yīng)用中一種常用的重要光學(xué)器件
孔雀細(xì)密的羽毛如反射光柵
復(fù)色光經(jīng)光柵衍射后會(huì)彼此分開，如白光經(jīng)過(guò)光柵后能被分解并形成彩色條紋。
光柵作為分光器件，常被用于單色儀和光譜儀中。
孔雀細(xì)密的羽毛就像有規(guī)律地排列在一起的反射光柵，使多束反射光相互干涉，也可形成閃爍絢麗的色彩。