高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第5章 光的干涉、衍射和偏振第3节 光的衍射优秀备课ppt课件

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光是一种电磁波。也会产生衍射现象
问题1.什么是波的衍射现象？
问题2.发生明显衍射的条件是什么？
波在传播方向上遇到障碍物或孔隙时，能绕到障碍物阴影里去继续传播的现象叫波的衍射
障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。
用一束激光照射大小不一的小孔，观察光屏上出现的现象。
光已传播到原来应是阴影的地方。
当圆孔足够小时，可观察到屏上出现了明暗相间的圆环。
光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射
来自小孔不同位置的光在屏上相遇叠加，有的相互加强，有的相互减弱，形成明暗相间的衍射图样。
1、孔较大时—屏上出现清晰的光斑
2、孔较小时—屏上出现衍射图样
当缝较宽时，光沿着直线方向通过狭缝，在屏上形成一条与单缝相似的亮条纹；
单缝宽度逐渐减小时，亮条纹的宽度反而增大了，这表明光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到比单缝更宽的地方。
（1）单缝衍射条纹的特征
（中央为亮纹，两侧亮纹较窄、较暗）
①波长一定时，单缝越窄,中央 条纹越宽，各条纹间距越大．(衍射越明显)
②单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大(衍射越明显)
③白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
白光单缝衍射与干涉图样的区别
白光的单缝衍射条纹为中央宽且亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
白光干涉中央为白色亮条纹的明暗相间的彩色条纹；干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
光的明显衍射也是有条件的。只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长时，衍射才是明显的。可见光的波长范围通常是4.0×10-7～7.6×10-7m，而光所遇到的一般物体的线度都比它的波长大得多，所以在日常生活中很难看到光的衍射现象。只有在光照射到像小孔、狭缝、针尖这样细小的器件上时，我们才可能观察到衍射现象以及它所产生的衍射图样。
如图所示，让一束光通过剃须刀片，仔细观察，剃须刀片边缘有条纹出现，这就是光在刀片边缘处产生的衍射现象。经研究发现，不仅小孔、狭缝能使光产生衍射，不同形状的各种障碍物都可能使光产生衍射，并在边缘呈现明暗相间的衍射图样，从而使其影像的轮廓变得模糊不清。
1818年，年轻菲涅耳按照光的波动学说深入研究了光的衍射，并提出了解决衍射问题的数学方法。当时的科学家泊松却是光粒子说的支持者。他根据菲涅耳的理论计算出光在圆盘后的影像中心应该会出现一个亮斑。泊松认为这是非常荒谬的，并声称驳倒了光的波动说。此时，菲涅耳用实验证实了亮斑的存在。泊松的计算反而成了波动说的有力支持。所以后人为了记念这一事件，就将这个亮斑称为泊松亮斑。
二、衍射对分辨本领的影响
光通过足够小的孔时，会因衍射而明显地偏离直线传播方向，并产生衍射图样。这一现象对显微镜、望远镜等精密光学仪器的设计产生了直接影响。
由两个相邻的点光源 S1 和S2 发出的光，通过小孔后分别在屏上形成两个像 I1 和 I2［图（a）］，这两个像实际上光源 S1 和 S2 的衍射图样。如果换用更小的圆孔，保持 S1 和 S2 之间的距离和其他条件都不变，则会发现衍射现象更加明显而使屏上两个衍射图样变得更大［图（b）］。当圆孔足够小时，屏上的两个衍射图样会出现部分重叠，使两个光源在屏上所成的像变得难以分辨。当一个圆斑像的中心刚好落在另一个圆斑像的边缘上时，我们称这两个像刚好能被分辨。
光学仪器上的透镜相当于一个圆孔。一个光学仪器的分辨本领，就是这个仪器能把彼此靠近的物体的像分离开来的能力。透镜的直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越低。光学仪器是不可以通过增大仪器的放大率来提高它的分辨本领的。增大放大率后，虽然放大了像点之间的距离，但每个像的衍射斑也被放大了。原来不能分辨的物体，放得再大，仍不能被我们的眼睛或照相底片所分辨。
显微镜、望远镜的分辨本领与衍射有关
对于望远镜，因受到衍射现象的影响，不管物镜是透镜还是反射镜，尺寸越大，分辨本领就越好。
1821年，夫琅和费利用衍射原理制作了一种光学器件：衍射光栅。
在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线，或在玻璃片上刻上许多均匀细槽。因形状类似栅栏，所以称为衍射光栅。常见的有透射光栅和反射光栅。
光照射到光栅时既发生多缝干涉也发生单缝衍射，使得亮条纹比单缝时的条纹细很多。这样我们可以在几乎黑暗的背景上看到一系列又细又亮的条纹。
光栅的这一特点，使它成为科学实验和技术应用中一种常用的重要光学器件
孔雀细密的羽毛如反射光栅
复色光经光栅衍射后会彼此分开，如白光经过光栅后能被分解并形成彩色条纹。
光栅作为分光器件，常被用于单色仪和光谱仪中。
孔雀细密的羽毛就像有规律地排列在一起的反射光栅，使多束反射光相互干涉，也可形成闪烁绚丽的色彩。