2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修1 第4章光第5节光的衍射课件

5.光的衍射 一、光的衍射一、光的衍射1.1.定义定义:光通过很小的狭缝光通过很小的狭缝(或圆孔或圆孔)时时,明显地偏离了明显地偏离了_的方向的方向,在屏上应该出现阴影的区域出现明条在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑纹或亮斑,应该属于亮区的地方也会出现应该属于亮区的地方也会出现_的现象的现象.2.2.衍射图像衍射图像:衍射时产生的衍射时产生的_或光环或光环.直线传播直线传播暗条纹或暗斑暗条纹或暗斑明暗条纹明暗条纹3.3.单缝衍射单缝衍射:单色光通过狭缝时单色光通过狭缝时,在屏幕上出现在屏幕上出现_相相间的条纹间的条纹,中央为中央为_条纹条纹,中央条纹最中央条纹最_最亮最亮,其余条其余条纹变纹变_变暗变暗;白光通过狭缝时白光通过狭缝时,在屏上出现在屏上出现_条纹条纹,中央为中央为_条纹条纹.4.4.圆孔衍射圆孔衍射:光通过小孔时光通过小孔时(孔很小孔很小)在屏幕上会出现在屏幕上会出现_相间的圆环相间的圆环.明暗明暗亮亮窄窄彩色彩色白白明暗明暗宽宽5.5.泊松亮斑泊松亮斑:障碍物的衍射现象障碍物的衍射现象.在单色光传播途中在单色光传播途中,放一个较小的圆形障碍物放一个较小的圆形障碍物,会发现会发现在阴影中心有一个在阴影中心有一个_,_,这就是著名的泊松亮斑这就是著名的泊松亮斑.亮斑亮斑【想一想想一想】衍射和干涉条纹都是明暗相间的衍射和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者所以二者是一样的是一样的,对吗对吗?提示提示:不一样不一样.衍射条纹是中间最宽、最亮衍射条纹是中间最宽、最亮,从中央向两从中央向两侧逐渐变窄、变暗侧逐渐变窄、变暗;干涉条纹是等间距的条纹干涉条纹是等间距的条纹,即宽度即宽度和亮度相同和亮度相同.二、光的偏振二、光的偏振1.1.偏振现象偏振现象:当狭缝的方向与绳的振动方向当狭缝的方向与绳的振动方向_时时,绳绳上横波可以传过去上横波可以传过去;当狭缝的方向与绳的振动方向当狭缝的方向与绳的振动方向_时时,绳上横波不能通过绳上横波不能通过.2.2.偏振片偏振片:用特定材料制成用特定材料制成,它有一个特殊的方向叫透它有一个特殊的方向叫透光方向光方向,只有光振动方向与透光方向只有光振动方向与透光方向_的光波才能的光波才能通过偏振片通过偏振片.相同相同垂垂直直平行平行3.3.光的分类光的分类:(1)(1)偏振光偏振光:理论证明电磁波是理论证明电磁波是_,_,光是光是_,_,光振光振动的方向与传播方向动的方向与传播方向_,_,如果光振动的方向限在一如果光振动的方向限在一个平面个平面,这种光叫这种光叫_._.(2)(2)自然光自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光太阳、电灯等普通光源发出的光,是由大是由大量的、振动方向不同而量的、振动方向不同而_的线偏振光组成的的线偏振光组成的.(3)(3)光的偏振现象证明光是光的偏振现象证明光是_._.横波横波电磁波电磁波垂直垂直线偏振光线偏振光互不相干互不相干横波横波【判一判判一判】(1)(1)自然光与偏振光之间可以相互转化自然光与偏振光之间可以相互转化.()(2)(2)偏振现象说明光波属于横波偏振现象说明光波属于横波.()(3)(3)只有利用偏振片才能获得偏振光只有利用偏振片才能获得偏振光.()提示提示:(1)(1).自然光经过偏振片后可以变成偏振光自然光经过偏振片后可以变成偏振光,但但偏振光无法重新变成自然光偏振光无法重新变成自然光.(2).(2).光波能够发生偏振现象光波能够发生偏振现象,只有横波才有偏振现象只有横波才有偏振现象.(3)(3).光源发出的光线经过介质反射和折射后也可变光源发出的光线经过介质反射和折射后也可变为偏振光为偏振光.三、激光三、激光1.1.激光的特性激光的特性:激光具有激光具有_大、大、_性好、单色性性好、单色性好、好、_好、覆盖波段宽而且可调谐的特点好、覆盖波段宽而且可调谐的特点.2.2.激光的应用激光的应用:激光加工、激光全息照相、激光加工、激光全息照相、_、_、激光医学、激光照排、光盘等、激光医学、激光照排、光盘等.强度强度方向方向相干性相干性激光检测激光检测激光通信激光通信【想一想想一想】激光由于方向性强激光由于方向性强,所以能发生干涉现象所以能发生干涉现象,这种说法正确吗这种说法正确吗?提示提示:不正确不正确.激光由于单色性好激光由于单色性好,所以才能发生干涉现所以才能发生干涉现象象.知识点一知识点一衍射图样的特点比较衍射图样的特点比较思考探究思考探究:如图所示是几种常见的光的衍射现象如图所示是几种常见的光的衍射现象,请问请问:单色光的单色光的衍射图样与单色光的双缝干涉图样有何不同衍射图样与单色光的双缝干涉图样有何不同?提示提示:单色光的双缝干涉图样条纹间距和条纹宽度均相单色光的双缝干涉图样条纹间距和条纹宽度均相等等,而单色光的衍射图样条纹间距和条纹宽度均不相等而单色光的衍射图样条纹间距和条纹宽度均不相等.【归纳总结归纳总结】1.1.三种衍射图样比较三种衍射图样比较:(1)(1)单缝衍射图样单缝衍射图样:中央条纹最亮中央条纹最亮,越向两边越暗越向两边越暗;条纹间距不等条纹间距不等,越靠外越靠外,条纹间距越小条纹间距越小,中央条纹最宽中央条纹最宽,两边条纹宽度变窄两边条纹宽度变窄.缝变窄通过的光变少缝变窄通过的光变少,而光分布的范围更宽而光分布的范围更宽,所以亮所以亮条纹的亮度降低条纹的亮度降低.中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单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缝宽度有关,入射光波长越大入射光波长越大,单缝越窄单缝越窄,中央亮条纹的中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大宽度及条纹间距就越大.用白光做单缝衍射实验时用白光做单缝衍射实验时,中央亮条纹是白色的中央亮条纹是白色的,两两边是彩色条纹边是彩色条纹,中央亮条纹仍然最宽最亮中央亮条纹仍然最宽最亮.(2)(2)圆孔衍射图样圆孔衍射图样:中央是大且亮的圆形亮斑中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着明暗相间的同周围分布着明暗相间的同心圆环心圆环,且越靠外且越靠外,圆形亮条纹的亮度越弱圆形亮条纹的亮度越弱,宽度越小宽度越小,如图所示如图所示.圆孔越小圆孔越小,中央亮斑的直径越大中央亮斑的直径越大,同时亮度越弱同时亮度越弱.用不同色光照射圆孔时用不同色光照射圆孔时,得到的衍射图样的大小和位得到的衍射图样的大小和位置不同置不同,波长越大波长越大,中央圆形亮斑的直径越大中央圆形亮斑的直径越大.白光的圆孔衍射图样中白光的圆孔衍射图样中,中央是大且亮的白色光斑中央是大且亮的白色光斑,周围是彩色同心圆环周围是彩色同心圆环.只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样.在圆孔在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中由较大直径逐渐减小的过程中,光屏上依次得到几种不光屏上依次得到几种不同的现象同的现象圆形亮斑圆形亮斑(光的直线传播光的直线传播)、光源的像、光源的像(小小孔成像孔成像)、明暗相间的圆环、明暗相间的圆环(衍射图样衍射图样).).(3)(3)不透明的小圆板衍射图样不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑泊松亮斑):):中央是亮斑中央是亮斑.形成泊松亮斑时形成泊松亮斑时,圆板阴影的边缘是模糊的圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环外还有不等间距的明暗相间的圆环.周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小.2.2.单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射与双缝干涉的比较:名称名称项目项目单缝衍射单缝衍射双缝干涉双缝干涉不不同同点点产生产生条件条件只要狭缝足够小只要狭缝足够小,任何光都能发生任何光都能发生频率相同的两列光频率相同的两列光波相遇叠加波相遇叠加条纹条纹宽度宽度条纹宽度不等条纹宽度不等,中中央最宽央最宽条纹宽度相等条纹宽度相等条纹条纹间距间距各相邻条纹间距不各相邻条纹间距不等等各相邻条纹等间距各相邻条纹等间距亮度亮度中央条纹最亮中央条纹最亮,两两边变暗边变暗条纹清晰条纹清晰,亮度基亮度基本相等本相等名称名称项目项目单缝衍射单缝衍射双缝干涉双缝干涉相相同同点点成因成因都有明暗相间的条纹都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果加时加强或削弱的结果意义意义都是波特有的现象都是波特有的现象,表明光是一种波表明光是一种波【特别提醒特别提醒】(1)(1)衍射现象是否明显方面衍射现象是否明显方面:入射光波长越大入射光波长越大,障碍物、障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小小孔和狭缝的尺寸越小,衍射现象越明显衍射现象越明显.(2)(2)衍射条纹的亮度方面衍射条纹的亮度方面:小孔和狭缝的尺寸越小小孔和狭缝的尺寸越小,衍射衍射条纹的亮度越小条纹的亮度越小.【典例示范典例示范】(多选多选)在单缝衍射实验中在单缝衍射实验中,下列说法正确下列说法正确的是的是()A.A.将入射光由黄光换成绿光将入射光由黄光换成绿光,衍射条纹变窄衍射条纹变窄B.B.使单缝宽度变小使单缝宽度变小,衍射条纹变窄衍射条纹变窄C.C.衍射现象中的明暗条纹是光叠加的结果衍射现象中的明暗条纹是光叠加的结果D.D.增大单缝到屏的距离增大单缝到屏的距离,衍射条纹变宽衍射条纹变宽【解题探究解题探究】(1)(1)在单缝衍射实验中在单缝衍射实验中,发生明显衍射现象的条件是什发生明显衍射现象的条件是什么么?提示提示:在单缝衍射实验中在单缝衍射实验中,单缝越窄单缝越窄,入射光的波长越长入射光的波长越长,衍射现象越明显衍射现象越明显.(2)(2)衍射条纹的宽度跟什么有关系衍射条纹的宽度跟什么有关系?提示提示:单缝越窄单缝越窄,入射光的波长越长入射光的波长越长,衍射条纹越宽衍射条纹越宽;单单缝到屏的距离越大缝到屏的距离越大,衍射条纹也越宽衍射条纹也越宽.【正确解答正确解答】选选A A、C C、D.D.在单缝衍射实验中在单缝衍射实验中,单缝越窄单缝越窄,入射光的波长越长入射光的波长越长,衍射现象越明显衍射现象越明显,表现为衍射条纹表现为衍射条纹越宽越宽,B,B错误错误;因黄光的波长比绿光长因黄光的波长比绿光长,A,A正确正确;可将单缝可将单缝视为几组双缝的组合视为几组双缝的组合,所以衍射现象中的明暗条纹同样所以衍射现象中的明暗条纹同样是光相遇叠加的结果是光相遇叠加的结果,C,C正确正确;与双缝干涉相似与双缝干涉相似,增大单增大单缝到屏的距离缝到屏的距离,衍射条纹变宽衍射条纹变宽,D,D正确正确.故选故选A A、C C、D D.【过关训练过关训练】1.1.在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样图样,下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()A.aA.a、c cB.bB.b、c cC.aC.a、d dD.bD.b、d d【解析解析】选选D.D.由题图可知由题图可知a a为双缝干涉图样为双缝干涉图样,b,b、d d为单为单缝衍射图样缝衍射图样,c,c为小孔衍射图样为小孔衍射图样,故选项故选项D D正确正确.2.(2.(多选多选)关于衍射关于衍射,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B.B.双缝干涉中也存在衍射现象双缝干涉中也存在衍射现象C.C.一切波都很容易发生明显的衍射现象一切波都很容易发生明显的衍射现象D.D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实【解析解析】选选A A、B B.衍射图样是复杂的光波的叠加现象衍射图样是复杂的光波的叠加现象,双缝干涉中光通过三个狭缝时均发生衍射现象双缝干涉中光通过三个狭缝时均发生衍射现象,一般现一般现象中既有干涉又有衍射象中既有干涉又有衍射.一切波都能发生衍射一切波都能发生衍射,但要发但要发生明显的衍射生明显的衍射,需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件长的条件.【补偿训练补偿训练】1.(1.(多选多选)用卡尺观察光的衍射现象时用卡尺观察光的衍射现象时,下列说法中正确下列说法中正确的是的是(