《大学物理AII 》作业 No.06 光的衍射 班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______ ------------------------------------------------------------------------------------------------------- ****************************本章教学要求**************************** 1、理解惠更斯-菲涅耳原理以及如何用该原理解释光的衍射现象。 2、理解夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的区别，掌握用半波带法分析夫琅禾费单缝衍射条纹的产生，能计算明暗纹位置、能大致画出单缝衍射条纹的光强分布曲线；能分析衍射条纹角宽度的影响因素。 3、理解用振幅矢量叠加法求单缝衍射光强分布的原理。 4、掌握圆孔夫琅禾费衍射光强分布特征，理解瑞利判据以及光的衍射对光学仪器分辨率的影响。 5、理解光栅衍射形成明纹的条件，掌握用光栅方程计算主极大位置；理解光栅衍射条纹缺级条件，了解光栅光谱的形成以及光栅分辨本领的影响因素。 6、理解X 射线衍射的原理以及布拉格公式的意义，会用它计算晶体的晶格常数或X 射线的波长。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 一、填空题 1、当光通过尺寸可与（波长）相比拟的碍障物（缝或孔）时，其传播方向偏离直线进入障碍物阴影区，并且光强在空间呈现（非均匀分布）的现象称为衍射。形成衍射的原因可用惠更斯-菲涅耳原理解释，即波阵面上各点都可以看成是（子波的波源），其后波场中各点波的强度由各子波在该点的（相干叠加）决定。 2、光源和接收屏距离障碍物有限远的衍射称为（菲涅尔衍射或近场衍射）；光源和接收屏距离障碍物无限远的衍射称为（夫琅禾费衍射）或者远场衍射。在实际操作中，远场衍射是通过（平行光）衍射来实现的，即将光源放置在一透镜的焦点上产生平行光照射障碍物，通过障碍物的衍射光再经一透镜会聚到接收屏上观察来实现。 3、讨论单缝衍射光强分布时，可采用（半波带法）和（振幅矢量叠加法）两种方法，这两种方法得到的单缝衍射暗纹中心位置都是一样的，暗纹中心位置= x （a kf λ ±）。两相邻暗纹中心之间的距离定义为（明纹）宽度，单缝衍射中央明
高中物理-光的干涉 知识梳理 1.产生稳定干涉的条件：____________________________. 2.相干光源：让一束_____________的单色光（如红色激光束）投射到两条相距很近的平行狭缝S 1和S 2上，再由狭缝S 1和S 2组成了两个振动情况总是__________的光源，这样的波源被称为相干光源. 3.双缝干涉中，如果入射的是单色光，出现___________的干涉条纹，当屏上某点到双缝的路程差恰为__________时，在该处将出现亮条纹.当屏上某点到双缝的路程差恰为_________时，在该处将出现暗条纹. 4.条纹间距Δx 与波长λ的关系：用不同波长的光做双缝干涉实验时，干涉条纹间的距离Δx 不同，在双缝间距离d 和双缝到光屏的距离l 一定的情况下，波长越长，干涉条纹间的距离越__________；用白光做双缝干涉时，得到彩色干涉条纹，这表明组成白光的各单色光的波长，其中红光波长最______________，紫光波长最_________；Δx 、d 、l 及λ间满足：Δx=______________. 疑难突破 推导相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离公式 剖析：设两条缝S 1和S 2距离为d ，到光屏的距离为l ，且l d ，P 是S 1S 2的中垂线与屏的交点，P 到S 1、S 2的距离相等.如图13-2-1所示，从S 1、S 2射出的光波到达P 点经过的路程相等，两列波的波峰（或波谷）同时到达P 点，它们互相加强，在P 点出现亮条纹，叫做中央亮纹.下面我们研究一下离P 点距离为x 的P 1点的情况，P 1到S 1、S 2的距离分别为r 1、r 2，因此从S 1、S 2发出的光波到达P 1点的路程差为r 2－r 1. 图13-2-1 从图中可以看出： r 12=l 2+(x-2d )2,r 22=l 2+(x+2 d )2 两式相减r 22-r 12=（r 2-r 1）（r 2+r 1）=2dx 由于l>>d ，因此r 2+r 1≈2l. 由r 2-r 1= l d x=kλ（k=0，1，2，…） 可得：x=?=?-k d l r r )(1 2l d ·λ(k=0,1,2, …),该处出现明条纹. 当k=0时，即图中的P 点，S 1、S 2到达P 点的路程差为零，P 一定是振动加强点，出现明纹，又叫中央亮纹. 当k=1时，为第一级明纹……由对称性可知在P 点的下方也有和P 点上方相对称的明纹. 同理，由r 2-r 1=（2k+1） 2λ（k=0，1，2，…） 可得x=（2k+1）l d ·2 λ（k=0，1，2，…），该处出现暗条纹.
电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的衍射）作业4 一 选择题 1．在测量单色光的波长时，下列方法中最准确的是 （A ）双缝干涉 （B ）牛顿环 （C ）单缝衍射 （D ）光栅衍射 [ D ] 2．在如图所示的夫琅和费衍射装置中，将单缝宽度a 稍稍变窄，同时使会聚透镜L 沿y 轴正方向作微小位移，则屏幕C 上的中央衍射条纹将 （A ）变宽，同时向上移动 （B ）变宽，不移动 （C ）变窄，同时向上移动 （D ）变窄，不移动 [ A ] [参考解] 一级暗纹衍射条件：λ?=1s i n a ，所以中央明纹宽度a f f f x λ ??2s i n 2t a n 211=≈=?中。衍射角0 =?的水平平行光线必汇聚于透镜主光轴上，故中央明纹向上移动。 3．波长λ=5500?的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10－ 4cm 的平面衍射光栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为 （A ）2 （B ）3 （C ）4 （D ）5 [ B ] [参考解] 由光栅方程λ?k d ±=s i n 及衍射角2 π ?<可知，观察屏可能察到的光谱线的最大级次 64.310550010210 6 =??=<--λd k m ，所以3=m k 。 4．在双缝衍射实验中，若保持双缝S 1和S 2的中心之间的距离不变，而把两条缝的宽度a 略微加宽，则 （A ）单缝衍射的中央明纹区变宽，其中包含的干涉条纹的数目变少； （B ）单缝衍射的中央明纹区变窄，其中包含的干涉条纹的数目不变； （C ）单缝衍射的中央明纹区变窄，其中包含的干涉条纹的数目变多； （D ）单缝衍射的中央明纹区变窄，其中包含的干涉条纹的数目变少。 [ D ] [参考解] 参考第一题解答可知单缝衍射的中央主极大变窄，而光栅常数不变，则由光栅方程可知干涉条纹间距不变，故其中包含的干涉条纹的数目变少。或由缺级条件分析亦可。 5．某元素的特征光谱中含有波长分别为1λ=450nm 和2λ=750nm 的光谱线，在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠现象，重叠处的谱线2λ主极大的级数将是 (A) 2、3、4、5… (B) 2、5、8、11… (C) 2、4、6、8… (D) 3、6、9、12… 【 D 】
学校：实验高中学科：物理编写人：李以磊审稿人：刘云涛 《12.2 波的图象》 一、教材分析 《12.2 波的图象》是是新人教版高中物理选修3-4第十二章第二节的教学内容，主要学习波的图像，在简谐波的图象中读出质点振动的振幅，根据某一时刻的波的图象和波的传播方向，能画出下一时刻和前一时刻的波的图象，并能指出图象中各个质点在该时刻的振动方向。能区别简谐波与简谐运动两者的图象。这节课是对于前面课程深入，同时也是高考中的重点内容，所以同学们要好好的学习，掌握。 二、教学目标 1、知识目标： ①知道波的图象，知道横、纵坐标各表示什么物理量，知道什么是简谐波。 ②知道什么是波的图象，能在简谐波的图象中读出质点振动的振幅。 ③根据某一时刻的波的图象和波的传播方向，能画出下一时刻和前一时刻的波的图象，并能指出图象中各个质点在该时刻的振动方向。 ④了解波的图象的物理意义，能区别简谐波与简谐运动两者的图象。 2、能力目标： 能够利用波的图象解决实际问题。 3、情感、态度和价值观目标： 通过对波的振动图象和传播图像的研究，学会对同一种现象从不同的角度进行研究。 三、教学重点、难点：波的图象的物理意义。 四、学情分析 学生在前面已经对波的形成和传播有了深入的学习，在学习本节课的时候应该不会有什么知识的储备缺陷。 我们的学生属于平行分班，没有实验班，学生已有的知识和实验水平有差距。而且学生在日常生活中会接触到很多的有关波的知识和现象，在初中已经学过诸如声波之类的波的知识，但是那时候的知识过于感性和肤浅，通过高中的学习会把知识落实的更加科学和深刻。 五、教学方法：实验演示 六、教具和课前准备： 1、波动演示仪， 2、学生准备：把导学案的课前预习内容做完整并且核对答案。 3、教师准备：课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案，还有教具的准备。 七、课时安排：1课时 八、教学过程： (一)预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。 （二）情景导入、展示目标。 通过上节课的学习，我们知道了什么是机械波，同时认识了波的形成和传播过程。 我们还清楚，图象是描述物理过程、物理现象和反映物理规律的一种简单、直观的方法，如物体的运动图象、简谐运动的图象等。同样，波的运动情况及传播过程也可以用图象直观的表示出来。这就是波的图象。
机械波 一、机械波 1．机械波的形成和传播 (1)产生条件： ①有波源。 ②有传播振动的介质，如空气、水、绳子等。 (2)传播特点： ①传播振动形式、能量和信息。 ②质点不迁移。 ③介质中各质点振动频率、振幅、起振方向等都与波源相同。 2．机械波的分类 (1)横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，有波峰(凸部)和波谷(凹部)。 (2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在一条直线上的波，有疏部和密部。 3．波长、波速、频率及其关系 (1)波长： 在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，用λ表示。 (2)波速： 波在介质中的传播速度，由介质本身的性质决定。 (3)频率： 由波源决定，等于波源的振动频率。 (4)波长、波速和频率的关系：v＝fλ＝λ T。 核心突破 1．波速与振速的区别 (1)波速是波在介质中传播的速度，它表示波形(或能量)向外平移的速度；波源振动几个周期，波形就向外平移几个波长，在同一种均匀介质中波的传播是匀速的，波速只与介质有关，与波源的振动频率无关。 (2)振速是指介质中质点振动的速度，在机械波传播的过程中，介质中各质点都在各自的平衡位置附近做周期性的振动——简谐运动，质点振动的速度时刻在变，质点并没有沿波的传播方向迁移。 2．振动与波动的区别和联系
产生原因不同振动是由于质点所受回复力 作用的结果 波动是由于介质中相邻质点的带动作用 而形成的 能量变化情况不同振动过程动能和势能不断地 相互转化，总机械能守恒 振源将机械能传递给它的相邻质点，这 个质点再将能量传递给下一质点，每个 质点在不断地吸收和放出能量，从而把 波源的能量传播出去，是一个能量的传 播过程 联系(1)振动是波动的成因，波动是振动在介质中的传播 (2)波动的周期等于质点振动的周期 (3)有振动不一定有波动，因为波的形成还需要有传播振动的介质，但有波动一定有振动 (4)波源停振后，介质中的波动并不立即停止，而是继续向远处传播，直到振动能量完全损失尽 A．振动是波的成因，波是振动的传播 B．振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象 C．波的传播速度就是质点振动的速度 D．波源停止振动时，波立即停止传播 二、波的图象 1．图象 在平面直角坐标系中，用横坐标表示介质中各质点的平衡位置；用纵坐标表示某一时刻各质点偏离平衡位置的位移，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图象，简谐波的图象是正弦(或余弦)曲线。 2．物理意义 某一时刻介质中各个质点相对平衡位置的位移。 核心突破： 1．振动图象与波动图象的比较 两种图象 比较内容 振动图象波动图象 研究对象某一振动质点沿波传播方向所有质点 图象意义某一质点位移随时间变化规律某时刻所有质点相对平衡位置的位 移 图象特点
习题 19-1．波长为的平行光垂直照射在缝宽为的单缝上，缝后有焦距为的凸透镜，求透镜焦平面上出 现的衍射中央明纹的线宽度。 解：中央明纹的线宽即为两个暗纹之间的距离 利用两者相等，所以： 19-2．波长为和的两种单色光同时垂直入射在光栅常数为的光栅上，紧靠光栅后用焦距为的透镜 把光线聚焦在屏幕上。求这两束光的第三级谱线之间的距离。 解：两种波长的第三谱线的位置分别为x1,x2 所以, 19-3．在通常的环境中，人眼的瞳孔直径为。设人眼最敏感的光波长为，人眼最小分辨角为多大？如果窗纱上两根细丝之间的距离为，人在多远处恰能分辨。 解：最小分辨角为： 如果窗纱上两根细丝之间的距离为，人在多远处恰能分辨。 19-4．已知氯化钠晶体的晶面距离，现用波长的射线射向晶体表面，观察到第一级反射主极大， 求射线与晶体所成的掠射角. 解, 第一级即k=0。 19-5,如能用一光栅在第一级光谱中分辨在波长间隔，发射中心波长为的红双线，则该光栅的总缝 数至少为多少？ 解：根据瑞利判据： 所以N=3647。 19-6．一缝间距d=0.1mm，缝宽a=0.02mm的双缝，用波长的平行单色光垂直入射，双缝后放 一焦距为f=2.0m的透镜，求：（1）单缝衍射中央亮条纹的宽度内有几条干涉主极大条纹；（2） 在这双缝的中间再开一条相同的单缝，中央亮条纹的宽度内又有几条干涉主极大？ 解, 所以中央亮条纹位置为： 中央明条纹位于：中心位置的上下方各0.06m处。 而干涉条纹的条纹间距为： 中央明条纹在中心位置的上下方各0.006m的位置上，第K级明条纹的位置为： 所以对应的k=4， 即在单缝衍射中央亮条纹的宽度内有9条干涉主极大条纹（两边各四条+中央明纹）。 （2）在这双缝的中间再开一条相同的单缝, 干涉条纹的条纹间距将变为： 中央明条纹在中心位置的上下方各0.012m的位置上，第K级明条纹的位置为： 所以对应的k=2， 即在单缝衍射中央亮条纹的宽度内有5条干涉主极大条纹（两边各两条+中央明纹）。
光的衍射发展史 摘要：光的衍射是光的波动性的重要标志之一，从衍射的发现到衍射的应用经历了几百年的时间，期间花费许多科学家的 心血，他们发挥了惊人的智慧，为光学的发展作出了巨大贡
献。 关键词：【干涉现象】【发现】【惠更斯-菲涅耳原理】【应用】【发展】【原因】 背景： 光的衍射是光的波动性的重要标志之一，光在传播过程中所呈现的衍射现象，进一步揭示了光的波动本性。同时衍射也是讨论现代光学问题的基础。波在传播中表现出衍射现象，既不沿直线传播而向各方向绕射的现象。 论述： 1.光的干涉现象 光的干涉现象是几束光相互叠加的结果。实际上即使是单独的一束光投射在屏上，经过精密的观察，也有明暗条纹花样出现。例如把杨氏干涉实验装置中光阑上两个小孔之一遮蔽，使点光源发出的光通过单孔照射到屏上，仔细观察时，可看到屏上的明亮区域比根据光的直线传播所估计的要大得多，而且还出现明暗不均匀分布的照度。光通过狭缝，甚至经过任何物体的边缘，在不同程度上都有类似的情况。把一条金属细线（作为对光的障碍物）放在屏的前面，在影的中央应该是最暗的地方，实际观察到的却是亮的，这种光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀的分布的现象叫做光的衍射。 光的衍射现象的发现，与光的直线传播现象表现上是矛盾的，
如果不能以波动观点对这两点作统一的解释，就难以确立光的波动性概念。事实上，机械波也有直线传播的现象。超声波就具有明显的方向性。普通声波遇到巨大的障碍物时，也会投射清楚的影子，例如在高大墙壁后面就听不到前面的的声响。在海港防波堤里面，巨大的海浪也不能到达。微波一般也同样是以直线传播的。衍射现象的出现与否，主要决定于障碍物线度和波长大小的对比。只有在障碍物线度和波长可以比拟时，衍射现象才明显的表现出来。声波的波长可达几十米，无线电波的波长可达几百米，它们遇到的障碍物通常总远小于波长，因而在传播途中可以绕过这些障碍物，到达不同的角度。一旦遇到巨大的障碍物时，直线传播才比较明显。超声波的波长数量级小的只有几毫米，微波波长的数量级也与此类似，通常遇到的障碍物都远较此为大，因而它们一般都可以看作是直线传播。 光波波长约为3.9-7.6×10 cm ，一般的障碍物或孔隙都远大于此，因而通常都显示出光的直线传播现象。一旦遇到与波长差不多数量级的障碍物或孔隙时，衍射现象就变的显著起来了。 2.光的衍射的发现 光的衍射，是由意大利物理学家格里马尔迪（Grimaldi,Francesco Maria）（1618-1663）发现的。他发现在点光源的照射下，一根直竿形成的影子要比假定光以直线传播所应有的宽度稍大一些，也就是说光并不严格按直线传播，而会绕过障碍物前进。后来，他让一束光通过两个（前后排列的）
光的衍射 一、教学目标 1．认识光的衍射现象，使学生对光的波动性有进一步的了解． 2．了解光产生明显衍射的条件，及衍射图样与波长、缝宽的定性关系． 3．通过观察实验培养学生观察、表述物理现象，概括其规律特征的能力，学生亲自做实验培养学生动手的实践能力． 4．通过对“泊松亮斑”的讲述，使学生认识到任何理论都必须通过实践检验，实验是检验理论是否正确的标准． 二、重点、难点分析 1．通过众多的光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性．2．光的衍射现象与干涉现象根本上讲都是光波的相干叠加． 3．正确认识光发生明显衍射的条件． 4．培养学生动手实验能力，教育学生重视实验，重视实践． 三、教具 1．演示水波衍射现象． 频率可调的振源，发波水槽及相应配件，水波衍射图样示意挂图．2．演示光的单缝、圆孔衍射现象． 光的干涉、衍射演示仪，激光干涉、衍射演示仪（及相关的配件），单丝白炽灯、红灯、蓝色灯，自制的单缝衍射片，光波圆孔衍射管，游标卡尺． 3．演示泊松亮斑，激光发生器，小圆屏． 四、主要教学过程 （一）引入 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？ 提出问题：什么是波的衍射现象？ 演示水波的衍射现象，让学生回答并描述衍射现象的特征，唤起学生对机械波衍射的回忆，然后再举声波的衍射例子．指出一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多． 水波、声波都会发生衍射现象，那么光是否也会产生衍射现象？若会产生，那么衍射图样可能是什么样呢？ （二）光的单缝衍射 （1）单缝衍射实验． 教师用光的干涉、衍射仪做单色光的单缝衍射，或用激光源来做单缝衍射实验．实验过程中展示缝较宽时：光沿着直线传播，阴影区和亮区边界清晰；减小缝宽，在缝较狭时：阴影区和亮区的边界变得模糊；继续减小缝宽光明显地偏离直线传播进入几何阴影区，屏幕上出现明暗相间的衍射条纹． （2）简单分析衍射的形成． 展示衍射现象实验示意图，当光传播到狭缝时，可把狭缝S看成许许
习题七 一、选择题 1．在单缝衍射实验中，缝宽a = 0.2mm ，透镜焦距f = 0.4m ，入射光波长λ= 500nm ，则在距离中央亮纹中心位置2mm 处是亮纹还是暗纹？从这个位置看上去可以把波阵面分为几个半波带？ [ ] （A ）亮纹，3个半波带； （B ）亮纹，4个半波带； （C ）暗纹，3个半波带； （D ）暗纹，4个半波带。 答案：D 解：沿衍射方向，最大光程差为 3 36210sin 0.21010m=1000nm=20.4x a a f δθλ---?=≈=??=，即22422 λλδ=??=?。因此，根据单缝衍射亮、暗纹条件，可判断出该处是暗纹，从该方向上可分为4个半波带。 2．波长为632.8nm 的单色光通过一狭缝发生衍射。已知缝宽为1.2mm ，缝与观察屏之间的距离为D =2.3m 。则屏上两侧的两个第8级极小之间的距离x ?为 [ ] （A ）1.70cm ； （B ）1.94cm ； （C ）2.18cm ； （D ）0.97cm 。 答案：B 解：第 k 级暗纹条件为sin a k θλ=。据题意有 2tan 2sin 2k x D D D a λθθ?=≈= 代入数据得 92 3 8632.8102 2.3 1.9410m=1.94cm 1.210 x ---???=??=?? 3．波长为600nm 的单色光垂直入射到光栅常数为2.5×10-3 mm 的光栅上，光栅的刻痕与缝宽相等，则光谱上呈现的全部级数为 [ ] （A ）0、±1、±2、±3、±4； （B ）0、±1、±3； （C ）±1、±3； （D ）0、±2、±4。 答案：B 解：光栅公式sin d k θλ=，最高级次为3 max 6 2.510460010d k λ--?===?（取整数）。又由题意知缺级条件2a b k k k a +''= =，所以呈现的全部光谱级数为0、±1、±3（第2级缺，第4级接近90o衍射角，不能观看）。 4．用白光（波长范围：400nm-760nm ）垂直照射光栅常数为2.0×10-4 cm 的光栅，则第一级光谱的张角为 [ ]
波的干涉和衍射教案 三维教学目标 1、知识与技能 （1）知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉条件、干涉现象和干涉图样；（1）知道什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件； （2）知道干涉现象、波的衍射现象都是波所特有的现象。 2、过程与方法： 3、情感、态度与价值观： 教学重点：波的叠加原理、波的干涉条件、干涉现象和干涉图样、波发生明显衍射现象的条件。 教学难点：波的干涉图样 教学方法：实验演示 教学教具：长绳、发波水槽（电动双振子）、音叉 （一）引入新课 大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，这是什么原因呢？通过这节课的学习，我们就会知道，原来波遇到狭缝、小孔或较小的障碍物时会产生一种特有得现象，这就是波的衍射。 （二）进行新课 波在向前传播遇到障碍物时，会发生波线弯曲，偏离原来的直线方向而绕到障碍物的背后继续转播，这种现象就叫做波的衍射。 1.波的衍射 （1）波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。 哪些现象是波的衍射现象？（在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石头、芦苇的细小的障碍物，会绕过它们继续传播。） 实验：下面我们用水波槽和小挡板来做，请大家认真观察。现象：水波绕过小挡板继续传播。将小挡板换成长挡板， 重新做实验： 现象：水波不能绕到长挡板的背后传播。这个现象说明发生衍生的条件与障碍物
的大小有关。 （2）衍射现象的条件 演示：在水波槽里放两快小挡板，当中留一狭缝，观察波源发出的水波通过窄缝后怎样传播。 第一、保持水波的波长不变，该变窄缝的宽度（由窄到宽），观察波的传播情况有什么变化。观察到的现象：在窄缝的宽度跟波长相差不多的情况下，发生明显的衍射现象。水波绕到挡板后面继续传播。 在窄缝的宽度比波长大得多的情况下，波在挡板后面的传播就如同光线沿直线传播一样，在挡板后面留下了“阴影区”。 第二、保持窄缝的宽度不变，改变水波的波长（由小到大），将实验现象用投影仪投影在大屏幕上。可以看到：在窄缝不变的情况下，波长越长，衍射现象越明显。 将课本图10-27中的甲、乙、丙一起投影在屏幕上，它们是做衍射实验时拍下的照片。甲中波长是窄缝宽度的3/10，乙中波长是窄缝宽度的5/10，丙中波长是窄缝宽度的7/10。 通过对比可以看出：窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象。 窄缝宽度比波长大得多时，衍射现象越不明显。窄缝宽度与波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象。 结论：只有缝、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。一切波都能发生衍射，衍射是波的特有现象。 2、波的叠加 我们有这样的生活经验：将两块石子投到水面上的两个不同地方，会激起两列圆形水波。们相遇时会互相穿过，各自保持圆形波继续前进，与一列水波单独传播时的情形完全一样，这两列水波互不干扰。 3、波的干涉 一般地说，振动频率、振动方向都不相同的几列波在介质中叠加时，情形是很复杂的。我们只讨论一种最简单的但却是最重要的情形，就是两个振动方向、振动频率都相同的波源所发出的波的叠加。 演示：在发波水槽实验装置中，振动着的金属薄片AB，使两个小球S 1、S 2 同步地上
高中物理之波的图像知识点 波的图象 振动质点在某一时刻的位置连成的一条曲线，叫波的图象。 坐标轴的含义 X轴：在波的传播方向上各质点的平衡位置到波源的距离。Y轴：该时刻各个质点偏离平衡位置的位移，并规定横波中位移方向向上时为正值，位移向下时为负值。 从图中可以获得的信息 ①看横轴：得到波长是2m ②看纵轴：得到振幅是0.5m ③某时刻各质点的位移：如A点，从平衡位置（横轴）指向A点，此刻位移正向最大。 ④某时刻各质点的加速度：如A点，从A点指向平衡位置（横轴），此刻加速度负向最大。 ⑤某时刻各质点速度：如B点，用同侧法（即波传播方向与质点振动方向在波的同一侧）判断，假设波向右传播，B点振动方向向上，若波向左传播，B点振动方向向下。
下一时刻波形图的确定 比如画经过T/4时的波形图，用平移法，若波向右传播，把此时刻波的图像沿x 轴向右平移l/4,即为经过T/4时的波形图，如下图所示： 若波向左传播，把此时刻波的图像沿x 轴向左平移l/4,即为经过T/4时的波形图，如下图所示： 波动图像与振动图像的比较
习题演练 1. 图中画出了一列向右传播的横波在某个时刻的波形图象，由图象可知（） A 质点b此时的位移是零 B 质点b此时向－y方向运动 C 质点d的振幅是2 cm D 质点d此时的加速度方向为负 2. 简谐横波某时刻的波形图如图所示。由此图可知（）
A 若质点a向下运动，则波是从左向右传播的 B 若质点c向下运动，则波是从左向右传播的 C 若波从右向左传播，则质点c向下运动 D 若波从右向左传播，则质点d向上运动 习题解析 1. AC 此刻b质点位于平衡位置，所以位移为零，A正确；波是向右传播的，根据同侧法可得质点b此时正通过平衡位置向上振动，B错误；所有质点的振幅都是2cm，故C正确；此刻d正向下运动，所以回复力指向平衡位置，故加速度指向正方向，D错误。 2. BD 先要判断波的传播方向，或质点振动方向，根据同侧法，若波从左向右传播，a、b向上振动，c、d向下振动，故A错，B对，若波从右向左传播，c、d向上振动，C错,D对。
哈尔滨市人教版物理高二选修2-3 3.3光的衍射同步训练 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分）(2017·北京模拟) 物理学和计算机技术的发展推动了医学影像诊断技术的进步．彩色超声波检测仪，简称彩超，工作时向人体发射频率已知的超声波，当超声波遇到流向远离探头的血流时探头接收的回波信号频率会降低，当超声波遇到流向靠近探头的血流时探头接收的回波信号频率会升高．利用计算机技术给这些信号加上色彩，显示在屏幕上，可以帮助医生判定血流的方向、流速的大小和性质．计算机辅助X射线断层摄影，简称CT．工作时X射线束对人体的某一部分按一定厚度的层面进行扫描，部分射线穿透人体被检测器接收．由于人体各种组织的疏密程度不变，检测器接收到的射线就有了差异，从而可以帮助医生诊断病变．根据以上信息，可以判断下列说法中正确的是（） A . 彩超和CT工作时都向人体发射的波都是电磁波 B . CT工作时利用了波的衍射现象 C . CT和彩超工作时向人体发射的波都是横波 D . 彩超工作时利用了多普勒效应 2. （2分） (2017高二下·抚州期中) 观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，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 3. （2分）关于光，下列说法中正确的是（） A . 刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的色散现象 B . 光的偏振现象，说明光是一种横波
第四章 光的衍射 一、基本知识点 光的衍射：当光遇到小孔、狭缝或其他的很小障碍物时，传播方向将发生偏转，而绕过障碍物继续前行，并在光屏上形成明暗相间的圆环或条纹。光波的这种现象称为光的衍射。 菲涅耳衍射：光源、观察屏（或者是两者之一）到衍射屏的距离是有限的，这类衍射又称为近场衍射。 夫琅禾费衍射：光源、观察屏到衍射屏的距离均为无限远，这类衍射也称为远场衍射。 惠更斯－菲涅耳原理：光波在空间传播到的各点，都可以看作一个子波源，发出新的子波，在传播到空间某一点时，各个子波之间可以相互叠加。这称为惠更斯－菲涅耳原理。 菲涅耳半波带法：将宽度为a 的缝AB 沿着与狭缝平行方向分成一系列宽度相等的窄条，1AA ，12A A ，…，k A B ，对于衍射角为θ的各条光线，相邻窄条对应点发出的光线到达观察屏的光程差为半个波长，这样等宽的窄条称为半波带。这种分析方法称为菲涅耳半波带法。 单缝夫琅禾费衍射明纹条件：sin (21)(1,2,...)2 a k k λ θ=±+= 单缝夫琅禾费衍射暗纹条件：sin (1,2,...)a k k θλ =±= 在近轴条件下，θ很小，sin θθ≈, 则第一级暗纹的衍射角为 1a λ θ±=± 第一级暗纹离开中心轴的距离为 11x f f a λ θ±±==±, 式中f 为透镜的焦距。 中央明纹的角宽度为 112 a λ θθθ-?=-= 中央明纹的线宽度为 002tan 2l f f f a λ θθ=≈?=
衍射图样的特征： ① 中央明纹的宽度是各级明纹的宽度的两倍，且绝大部分光能都落在中央明纹上。 ② 暗条纹是等间隔的。 ③ 当入射光为白光时，除中央明区为白色条纹外，两侧为由紫到红排列的彩色的衍射光谱。 ④ 当波长一定时，狭缝的宽度愈小，衍射愈显著。 光栅: 具有周期性空间结构或光学性能（透射率，反射率和折射率等）的衍射屏，统称为光栅。 光栅常数: 每两条狭缝间距离d a b =+称为光栅常数。a 为透光部分的狭缝宽度，b 为挡光部分的宽度。 光栅衍射明纹的条件：()sin (0,1,2,...)a b k k θλ+=±= 光栅光谱：用白色光照射光栅时，除了中央明纹外，将形成彩色的光栅条纹，叫做光栅光谱。 缺级：屏上光栅衍射的某一级主极大刚好落在单缝的光强为零处，则光栅衍射图样上便缺少这一级明纹，这一现象称为缺级。 缺极的条件： ()sin sin a b k a k θλ θλ +=±??? '=±?? 发生缺极的主极大级次： (1,2,)a b k k k a +''= =?? 圆孔衍射: 中央亮斑（艾里斑）外面出现一些明暗交替的同心圆环。光能的84％集中在中央亮斑。 第一暗环对应的衍射角: 1.22 D λ θ= , 式中λ是光波的波长，D 是圆孔的直径。 瑞利判据: 两个点光源经圆孔衍射后形成两个衍射花样。能够区分两点的极限是，一个点的衍射图样的中央极大值与另一点的衍射图样的第一极小值重合，这时由两个衍射图样合
1．如图甲所示，是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t＝0时刻的波形图，P是离原点x1＝2 m的一个介质质点，Q是离原点x2＝4 m的一个介质质点，此时离原点x3＝6 m的介质质点刚刚要开始振动．图乙是该简谐波传播方向上的某一质点的振动图象(计时起点相同)．由此可知() A．这列波的波长为λ＝2 m B．乙图可能是图甲中质点Q的振动图象 C．这列波的传播速度为v＝3 m/s D．这列波的波源起振方向为向上 答案B 解析由题图甲读出波长λ＝4 m，由图乙读出周期T＝2 s，波速v＝λ T＝ 4 2 m/s＝2 m/s，故A、C错误；由图乙看出，t＝0时刻，质点经过平衡位置向上，而图甲中，Q 点也经过平衡位置向上运动，故乙图可能是图甲中质点Q的振动图象，故B正确．波源的起振方向与x3＝6 m的质点在t＝0时刻的振动方向相同，简谐波沿x轴正方向传播，则知x3＝6 m的质点在t＝0时刻的振动方向向下，则波源的起振方向沿y轴负方向，故D错误． 2．质点以坐标原点O为中心位置在y轴上做简谐运动，其振动图象如图 所示，振动在介质中产生的简谐横波沿x轴正方向传播，波速为1.0 m/s.0.3 s后，此质点立即停止运动，再经过0.1 s后的波形图为( ) 答案C
解析简谐横波沿x轴正方向传播，波源停止振动后，波将继续在介质中匀速传播，0.4 s内简谐横波在介质中传播的总距离为x＝vt＝0.4 m，即0.4 s时，x轴上0.4 m处的质点刚好起振，由振动图象可知其振动方向沿y轴正方向，故C选项描述的波形图正确． 3．一简谐机械横波沿x轴正方向传播，波长为λ，周期为T.t＝0时刻的波形如图甲所示，a、b是波上的两个质点．图乙是波上某一质点的振动图象．下列说法正确的是( ) A．t＝0时质点a的速度比质点b的大 B．t＝0时质点a的加速度比质点b的小 C．图乙可以表示质点a的振动 D．图乙可以表示质点b的振动 答案D 解析题图甲为波动图象，题图乙为振动图象．t＝0时刻，a质点在波峰位置，速度为零，加速度最大，b质点在平衡位置，加速度为零，速度最大，故选项A、B错；在波的图象中，根据上下坡法可以判断出质点的振动方向，所以t＝0时刻，b点在平衡位置且向下振动，故选项C错，D对． 4．(多选)一列波源在x＝0处的简谐波，沿x轴正方向传播，周期为0.02 s，t0时刻的波形如图5所示．此时x＝12 cm处的质点P恰好开始振动．则( ) 图5 A．质点P开始振动时的方向沿y轴正方向 B．波源开始振动时的方向沿y轴负方向 C．此后一个周期内，质点P通过的路程为8 cm
习题版权属物理学院物理系 《大学物理AII 》作业 No.05 光的衍射 班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______ 一、选择题： 1．根据惠更斯－菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S ，则S 的前方某点P 的光强度决定于波阵面S 上所有面积元发出的子波各自传到P 点的 [ D ] (A) 振动振幅之和 (B) 光强之和 (C) 振动振幅之和的平方 (D) 振动的相干叠加 解：根据惠更斯－菲涅尔原理，P 点光强决定于所有子波传到P 点的振动的相干叠加。 故选D 2．在夫琅禾费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变大时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹 [ A ] (A) 对应的衍射角变小 (B) 对应的衍射角变大 (C) 对应的衍射角也不变 (D) 光强也不变 解：由夫琅禾费单缝衍射各级衍射条纹的半角宽度a 2sin λ = ?知：缝宽a 变大时?sin 减小，对应的衍射角?将变小。 故选A 3．在如图所示的单缝夫琅和费衍射实验中，若将单缝沿 透镜光轴方向向透镜平移，则屏幕上的衍射条纹 [ C ] (A) 间距变大 (B) 间距变小 (C) 不发生变化 (D) 间距不变，但明暗条纹的位置交替变化 解：单缝沿透镜光轴方向向透镜平移，各条光线间的光程差不变，则由单缝夫琅和费衍射实验规律知屏上衍射条纹不发生任何变化。 故选C 4．若用衍射光栅准确测定一单色可见光的波长，在下列各种光栅常数的光栅中选用哪一种最好? [ D ] (A) mm 100.11-? (B) mm 100.51-? (C) mm 100.12-? (D) mm 100.13-? 解：由光栅公式d k λ ?=sin ，因衍射角?大些便于测量，所以d 不能太大。 假设用第一级衍射条纹，即取k ＝1，对于波长：()m 1057 -?=λ的可见光 若光栅常数mm 100.12 -?=d ，则25 7 105100.1105sin ---?=??=? 若光栅常数mm 100.13 -?=d ，则5.010 0.1105sin 6 7=??=--? 故选D λ
高中物理-光的衍射练习题 基础·巩固 1.肥皂泡在太阳光照射下呈现彩色是_______________现象；露珠在太阳光照射下呈现彩色是_______________现象；通过狭缝观看太阳光时呈现彩色是_______________现象. 答案：光的干涉光的色散光的衍射 2.凡是波都具有衍射现象,而把光看作直进的条件是________________________________.要使光产生明显衍射的条件是_____________________________________________. 答案：障碍物或孔的尺寸比波长大得多障碍物或孔的尺寸可与光波长相比或比光波长小3.试回答下列各现象分别属于哪种现象? (1)通过狭缝看日光灯的周围有彩色条纹,是_______________现象； (2)阳光下的肥皂泡表面呈现出彩色花纹,是_______________现象； (3)通过放大镜看物体的边缘是彩色的,这是_______________现象； (4)光学镜头上涂一层增透膜是利用_______________现象来减少光的反射损失； (5)通过尼龙织物看白炽灯丝周围呈现彩色,是_______________现象. 解析：根据物体产生干涉和衍射的现象,产生条件和分布规律进行判断. 答案：衍射干涉色散干涉衍射 4.如图13-5-5所示,甲、乙是单色光通过窄缝后形成的有明暗相间条纹的图样,则下列说法中哪一个是正确的（） 图13-5-5 A.甲是光通过单缝形成的图样,乙是光通过双缝形成的图样 B.甲是光通过双缝形成的图样,乙是光通过单缝形成的图样 C.甲、乙都是光通过单缝形成的图样 D.甲、乙都是光通过双缝形成的图样 解析：由干涉图样和衍射图样可知,甲是光通过单缝形成的衍射图样,乙是光通过双缝形成的干涉图样,A选项正确. 答案：A 5.关于衍射,下列说法中正确的是（） 图13-5-6 A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的后果 B.双缝干涉中也存在着光的衍射现象 C.一切波都很容易发生明显的衍射现象 D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 解析：衍射图样是很复杂的光波叠加现象,双缝干涉中光通过狭缝时均发生衍射现象,一般现
怀仁一中高二年级物理学案153 课题：§13、5光的衍射 学习目标：1、观察光的衍射现象 2、知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件 3、能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析 4、初步了解衍射光栅 重点难点：重点是光的衍射的条件 学习过程： 复习与回顾： 1、什么是波的衍射现象？___________________________________ 2、机械波发生衍射的现象及条件___________________________________________ 3、干涉和衍射是波特有的现象，那么光能发生干涉，说明光是一种波。这就说明光应该也能发生衍射，那么，光如果能发生衍射，那光的衍射现彖又该是什么样的呢？ 4、为什么我们在日常生活中观察不到光的衍射？ 5、已知红光的折射率用1.513,请同学们计算红光在真空中的波长X二？ 【导读】仔细阅读教材Pew,完成学习目标 【导思】 2、什么是光的衍射？ _______________________________________ 2、产生明显光的衍射现象的条件是_____________________________________________ 3、各种单色光的衍射条纹完全相同吗？__________________________ 4、“泊松亮斑”说明什么？ 5、能区分圆孔衍射和圆板衍射的图样 【动动手】请同学们用手边的材料自制一个简易观察光的衍射现象的实验器材并亲自观察一下吧！ 【典例分析】 1、光的衍射现象，下而说法正确的是（） A、红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹. B、白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹 C、光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射. D、光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射 1、分析以下现象产生的原因:
高中物理-光的干涉练习题 基础·巩固 1.在相同条件下,红光的干涉条纹的间距_______________于绿光干涉条纹的间距,这表明红光的_______________比绿光的_______________. 答案：大 波长 波长长 2.从两支手电筒射出的光照射到同一点上时,看不到干涉条纹,因为（ ） A.手电筒发出的光不是单色光 B.干涉图样太小,看不清楚 C.周围环境的漫反射光太强 D.两个光源是非相干光源 解析：从两支手电筒射出的光照射到同一点上时,看不到干涉条纹,是因为两个光源是非相干光源,和其他原因无关,D 选项正确. 答案：D 3.以下光源可作为相干光源的是（ ） A.两个相同亮度的烛焰 B.两个相同规格的灯泡 C.双丝灯泡 D.出自一个光源的两束光 解析：相干光的条件,必须是频率相同,相位差恒定,只有D 选项正确. 答案：D 4.用单色光做双缝干涉实验时( ) A.屏上到双缝的路（光）程差等于波长整数倍处出现明条纹 B.屏上到双缝的路（光）程差等于半波长整数倍处,可能是明条纹,也可能是暗条纹 C.屏上的明条纹一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方 D.屏上的明条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方 解析：在双缝干涉实验中,屏上到双缝的路（光）程差等于波长整数倍处出现明条纹,则可能是两列光波的波峰与波峰或波谷与波谷相遇的地方,A 选项正确,C 选项错误；屏上到双缝的路（光）程差等于半波长整数倍处,可能是半波长的奇数倍(暗条纹),也可能是半波长的偶数倍(明条纹),C 选项正确；两列光波的波峰与波谷相遇的地方,应是暗条纹,D 选项错误. 答案：AB 综合·应用 5.从点光源L 发出的白光,经过透镜后成一平行光束,垂直照射到挡光板P 上,板上开有两条靠得很近的平行狭缝S 1、S 2,如图13-2-3所示,在屏Q 上可看到干涉条纹,图中O 点是屏上与两狭缝等距离的一点,则（ ） 图13-2-3 A.干涉条纹是黑白的,O 点是亮点 B.干涉条纹是黑白的,O 点是暗点 C.干涉条纹是彩色的,O 点是亮点 D.干涉条纹是彩色的,O 点是暗点 解析：白光是复色光,通过双缝形成的干涉条纹是彩色条纹,由题意知1OS =2OS ,即光程差