高二物理波的衍射1

高二物理知识点详解光的衍射与干涉现象光是一种电磁波，除了直线传播外，还会发生衍射和干涉现象。

衍射和干涉是光的波动性质的重要表现，也是物理学中的重要研究内容。

本文将详细解析光的衍射与干涉现象。

一、光的衍射1. 衍射现象的定义和特点光的衍射是指光通过孔径或物体边缘时的偏向现象。

其特点包括：（1）光的波动性质：光的波动性质使得光能够衍射。

（2）波的理论：光的波动性质可通过波的理论解释。

2. 衍射公式及应用光的衍射公式表示为：D·sinθ = m·λ，其中D为衍射的衍射度，θ为衍射角，m为光的级别（m=0,1,2,…），λ为光的波长。

光的衍射可应用于天文学、物理实验等领域。

例如，在显微镜中，光通过物体的孔径或衍射屏，能够形成衍射图案，有效地观察物体的微观结构。

二、光的干涉1. 干涉现象的定义和特点光的干涉是指两个或多个光波相遇产生交叠叠加的现象。

其特点包括：（1）光波的叠加原理：两个光波相遇时，会叠加形成干涉条纹。

（2）明暗条纹交替出现：干涉条纹有明暗相间的特点。

（3）干涉现象的条件：干涉现象需要两个相干光源和光程差。

2. 干涉的类型光的干涉分为两种类型：相干干涉和非相干干涉。

（1）相干干涉：相干光通过初始相差不大的主光源形成。

例如Young双缝干涉实验。

（2）非相干干涉：非相干光通过光学装置形成。

例如牛顿环干涉实验。

3. 干涉的应用干涉现象广泛应用于光学仪器和光学测量等领域。

例如，在干涉仪中，利用干涉现象可以测定光的波长、光的折射率等物理量。

三、光的衍射与干涉在生活中的应用光的衍射与干涉现象在生活中也有许多实际应用。

1. 光的衍射应用（1）CD/DVD光盘：CD/DVD光盘的读写过程是依赖光的衍射原理，利用光的波动性质在光盘上的小凹槽和小凸起之间读取信息。

（2）显微镜：通过使用光的衍射现象，显微镜可以放大被观察物体的显微结构，使其更清晰可见。

2. 光的干涉应用（1）干涉仪：干涉仪是一种利用光的干涉现象测量物理量的精密光学仪器，常用于光学测量、波长测量、折射率测量等。

高二物理关于波的干涉与衍射现象解析在高二物理的学习中，波的干涉与衍射现象是非常重要的知识点。

这两种现象不仅在物理学中具有重要的理论意义，也在实际生活和科技领域有着广泛的应用。

接下来，让我们一起深入探究这两个有趣且神奇的物理现象。

首先，我们来了解一下波的衍射现象。

当波在传播过程中遇到障碍物或孔隙时，如果障碍物或孔隙的尺寸与波的波长相当，波就会绕过障碍物或通过孔隙继续传播，这种现象就被称为波的衍射。

比如说，我们在日常生活中经常会遇到这样的情况：当我们在一个房间里说话时，即使我们站在墙角，声音也能传到房间的其他角落。

这是因为声波在遇到墙壁时发生了衍射，绕过了墙壁继续传播。

再比如，水波通过一个狭窄的缝隙时，会在缝隙后面扩散开来，形成新的波面。

这也是波的衍射现象的一个典型例子。

那么，波的衍射现象是如何发生的呢？这主要是由于波的波动性。

波不是像粒子那样沿着直线传播的，而是具有在空间中扩散和传播的能力。

当波遇到障碍物或孔隙时，波面上的每一点都可以看作是新的波源，这些新的波源发出的小波会相互叠加，从而形成衍射后的波。

接下来，我们说一说波的干涉现象。

当两列频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波相遇时，会在相遇区域内产生某些点的振动始终加强，某些点的振动始终减弱的现象，这就是波的干涉。

为了更好地理解波的干涉现象，我们可以想象一下这样的场景：有两个相同的扬声器，同时播放相同频率和振幅的声音。

当我们在它们之间的某些位置上时，会听到声音特别响亮；而在另一些位置上时，声音则会相对较弱。

这就是声音的干涉现象。

在波的干涉中，振动加强的点称为干涉相长点，振动减弱的点称为干涉相消点。

干涉相长点和干涉相消点的分布是有规律的，它们取决于两列波的相位差和传播路径的差异。

那么，如何判断一个点是干涉相长还是干涉相消呢？这可以通过两列波到达该点的路程差来判断。

如果路程差是波长的整数倍，那么该点就是干涉相长点；如果路程差是半波长的奇数倍，那么该点就是干涉相消点。

嗦夺市安培阳光实验学校高二物理波的衍射知识精讲【基础知识诱思】日常生活中我们最常见最熟悉的机械波便是声波了，对于声波大家也最了解．下面请大家考虑一个问题，如果你对着高山喊一声，过一会儿你便会听到回声，此时若在山的另一边有一个人，但此人不会听到你的声音；倘若你对着的不是高山，而是一棵大树，则此时树后面的人会听到你的声音，原因何在？山后面的人听不到你的声音是因为声波没有传到山的后面，大树后的人听到了你的声音是因为声波传到了树的后面，像声波这样传播过程中绕过障碍物传到障碍物后面的这种现象为波的衍射现象．【重点难点解读】问题一：发生明显衍射现象的条件解读：（1）当障碍物或孔的尺寸比波长小时，一定能发生明显的衍射现象，如图10.4－1所示；当障碍物或孔的尺寸比波长大时，只有当“大得不多（差不多）”时，如图10.4－2所示，才发生明显的衍射现象．（2）“障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多”是发生明显衍射现象的条件，但并不是发生衍射的条件，因为障碍物的大小，关系到衍射现象是否明显，而不是决定衍射现象能否发生．（3）如果障碍物或孔的尺寸比波长大得多，则衍射现象不明显，如图10.4－3所示，波近似直线传播．问题二：波的衍射特征解读：机械波遇到障碍物或孔隙，波就会偏离原来的传播方向而绕到障碍物的后面去．我们设想从波源处向外射出的小球，当小球碰到障碍物时就会反弹，穿过孔后也不会绕到“阴影”中去，这说明遇到障碍物时，小球不可能像波那样产生衍射现象，因此衍射是波所特有而宏观实物粒子所不具有的性质．【解题技法点拨】该部分知识主要利用“明显衍射条件”进行衍射现象的分析判断和对某些衍射现象进行解释，因此，正确理解、应用明显衍射条件时尤其注意：（1）一切波都能发生衍射现象，有时明显，有时不明显；只有波才会发生衍射现象．（2）波长较长的波更容易发生明显衍射现象．例以下关于波的衍射的说法中正确的是（）A．波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象B．当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显C．当孔的大小比波长小时，衍射现象很明显D．只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会发生明显的衍射现象点拨：凡是波都能发生衍射现象，不过有时衍射现象明显，有时衍射现象不明显．只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，才能发生明显的衍射现象．答案：C【经典名题探究】考点一：明显衍射条件和衍射特征例1 下列说法正确的是（）A．只有横波能发生衍射，纵波不能发生衍射B．当波长比孔的宽度小得越多时，波的衍射越明显C．声波能发生衍射现象，光不能发生衍射现象D．声波易发生明显的衍射现象，光不易发生明显的衍射现象分析：衍射是波特有的现象，一切波都能产生衍射现象，所以A错；光也是一种波，因而光也能发生衍射现象，所以C错；只有当障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多或更小时，才会发生明显的衍射现象，所以B错误；由于声波的波长较大，所以易发生明显的衍射现象，而光波的波长较小，所以很难观察到光波的明显衍射现象，D正确．答案：D探究：一切波都能发生衍射现象，只有明显与不明显之分，波长较大的波易观察到明显衍射现象．日常中能观察到哪些波的衍射现象？（例：声波、水波）姊妹题下列说法正确的是（）A．衍射是一切波特有的现象B．对同一列波，障碍物或孔越小衍射越明显C．听到回声是声波的衍射现象D．听到墙外人的说话声是衍射现象答案：ABD考点二：灵活运用明显衍射的条件例2 如图10.4－4所示，S是振源，MN是带孔的挡板，其中M固定，N可以上下移动，为了使原来不振动的A点振动起来，可采用的办法是（）A．增大S的振动频率B．减小S的振动频率C．N上移D．N下移分析：本题以比较灵活的形式考查明显衍射条件．要使A振动起来，则S 振动产生的波必须经小孔发生明显衍射，原来A未振动，说明孔的尺寸太大，所以应使孔减小，C选项正确；当然A未振动的另一个原因是波长太小，在v 一定的前提下，要增大波长则必须减小S的振动频率，所以B正确．答案：BC探究：现在水波槽中只有一个振源，要想获得两个波源，你用什么办法可以做到？（提示：从波的衍射角度思考，如将一双孔木板置于水槽中）姊妹题如图10．4－5所示是不同频率的水波通过相同的小孔所能到达区域的示意图，情况中水波的频率最大；情况中水波的频率最小．答案：c a考点三：综合考查对明显衍射条件的理解例3 已空车气中的声速为340m/s，现有几种声波：（1）周期为201s；（2）频率为104Hz;（3）波长为10m．它们传播时若遇到宽度约为13m的障碍物，发生明显衍射现象的是（）A．（1）和（2）B．（2）和（3）C．（1）和（3）D．都可以分析：考查发生明显衍射现象的条件．首先由v=λ·f＝Tλ计算各种波的波长．题中三种声波的波长分别为λ1＝vT＝340×201m＝17m；λ2=fv=0.034m；λ3=10m．因为λ1大于障碍物的宽度，所以能发生明显衍射现象，λ2远小于障碍物的宽度，因而不能发生明显的衍射现象；λ3与障碍物的宽度相差不多，也能发生明显衍射现象，所以C正确．答案：C探究：如何判断一列波能否“绕”过障碍物或小孔？（障碍物或小孔的尺寸与波长相差不多或比波长更小时）姊妹题 在用水波槽做衍射实验时，若打击水面的振子振动频率是5Hz ，水波在水槽中的传播速度为0.05rn ／s ，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径d 应为（ ）A ．10cmB ．5cmC ．d ＞1cmD ．d ＜1cm 答案：D【思维误区诊断】易错点：产生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸和波长相差不多或比波长更小，而不是波长和障碍物或小孔相差最小时．例 有一障碍物的高度为10m ，下列波衍射现象最朋显的是（ ） A ．波长为40m 的波 B ．波长为9．9m 的波 C ．频率为40Hz 的声波D ．频率为5000MHz 的电磁波（v ＝3.0×108m ／s ）[误点诊断] 错解：B ．波长为9．9m 的波的波长与障碍物的尺寸相差最小，所以衍射最明显，故B 正确．[名师批答] 题中几列波的波长分别是λA ＝40m ，λB ＝9．9m ，λC =40340m ＝8.5m ，λD ＝68105000103⨯⨯m=0.06m ．由波明显衍射条件知，λA = 40m ，大于障碍物的尺寸，而其余波长都小于障碍物的尺寸，所以A 正确．答案：A【同步达纲练习】 [基础知识]1．关于波的衍射，下列说法中正确的是（ ） A ．衍射是一切波的特性B ．波长与孔的宽度差不多时，能发生明显衍射C ．波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显D ．波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显2．水波槽中放一带孔的挡板，一水波通过孔后，宽度基本与孔等竞，这是因为（ ）A ．于太宽B ．子太窄C ．振源振动太慢D ．振源振动太快3．波长0．01m 的超声波，在经过某小孔时发生了明显的衍射现象，则这个小孔的可能直径为（ ）A ．1m 左右B ．0．5m 左右C ．0.1m 左右D ．0．01m 左右 4．关于波的衍射现象，下列说法正确的是（ ） A ．只有某些波在一定条件下才有衍射现象 B ．只有某些波在任何情况下都有衍射现象 C ．一切波在一定条件下才有衍射现象D ．一切波在任何情况下都有衍射现象5．图10．4－是观察水波衍射的实验装置，AC 和BD 是两块挡板，AB 是一个孔，O 是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是（）A．此时能明显观察到波的衍射现象B．挡板前后波纹间距离相等C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象6．频率相同的声波，在空气中和水中相比较，在中容易发生明显衍射现象，这是因为的缘故．7．将一只小瓶立于水波槽中，在槽中激发水波，若想在瓶子后面看到水波绕进的现象，激发水波的振子振动频率大些好还是小些好？为什么？8．如图10．4－7所示，水面上一波源S做简谐振动，振动频率为10Hz，产生波长为0．2m的水波向远处传播，远处水面有一带小孔的挡板s到小孔的距离为100m，孔宽0．1m，求波从S传播至距小孔20m的A点所用的时间．[能力提升]1．将一粒石子扔入湖水中激起一列水波，当水波遇到以下障碍物时，能发生明显衍射现象的是（）A．竖立的一根电线杆B．一艘静止的船C．一座小岛D．竖直的一根钢筋2．关于衍射，下列说法正确的是（）A．发生衍射就是波传到障碍物或孔的后面B．发生衍射的同时把波源的能量传播到“衍射”区域C．衍射只有波才能发生D．只有孔才能发生衍射，一块挡板不可能发生波的衍射3．一列水波通过小孔产生衍射，衍射后的水波（）A．波长增大B．周期增大C．频率不变D．波速不变4．波长分别为60m和17m的两列声波在空气中传播时，下列叙述正确的是（）A．波长60m的声波比波长17m的声波传播速度慢B．波长60m的声波比波长17m的声波频率小C．波长60m的声波比波长17m的声波易发生衍射D．波长60m的声波比波长17m的声波振幅大5．一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下情况能使衍射现象更明显的是（）A．缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率B．缩小障碍物的尺寸，同时增大波的频率C．增大障碍物的尺寸，同时减小波的频率D．增大障碍物的尺寸，同时增大波的频率6．如图10．4－8是用窄缝宽度不变改变水波的波长，观察波的衍射实验时拍下的三张照片甲、乙、丙．窄缝宽度为l，三种波的波长分别为lA103=λ，λB=105l，λC=107l（1）请分别指出哪张照片表示的是λA、λB、λC；（2）由实验可得出什么结论．7．日常生活中，一般的障碍物（尺寸1.7cm～17m）都“挡不住”声音，据此你是否能估算一下，一般声音的频率范围是多少？（设空气中的声速为8．声波和水波的衍射现象很明显也很常见，而光波也是波，也能发生衍射现象，但我们平常见到的是光沿直线传播，在障碍物后形成阴影，很难见到光波的衍射现象，试根据我们学过的有关知识解释其中的原因（已知光波的波长范围在0.4μm～0.8μm之间）．[基础知识]1．ABC 2．AD 3．D 4．D 5．ABC 6．水 水中声波的波长比空气中大7．频率小些好 分析：由于瓶子的直径已经确定，即障碍物尺寸已经确定，故水波的波长越长衍射现象越明显，效果越好；激发水波的振子振动频率越小，则波长越长，所以振动频率小些好．8．60s 分析：由于波长大于小孔宽度，所以波从S 传播至小孔后可通过小孔衍射至A 点．水波的波速v ＝λf ＝0.2×10m ／s ＝2m ／s ，波传播至A 点的时间t=t 1+t 2＝2202100+s s=60s. [能力提升]1．D 2．ABC 3.CD 4．BC 5．A 6．（1）甲表示λA 乙表示λB 丙表示λC（2）波长与孔的尺寸相差不多或比孔大时衍射现象明显 7.20Hz ～20000Hz8．要点：光波的波长很小，由明显衍射条件知，只有当障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多时才会发生明显衍射现象，所以，光波在宏观条件下，衍射现象不明显，表现为光沿直线传播，如果满足明显衍射的条件，光波也会发生明显的衍射现象，不过由于人眼的分辨能力较低，无法直接看见．。