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衍射现象的概念衍射现象是指当一束光线通过一个物体的边缘或孔的时候，在光传播的过程中会发生弯曲、扩展或偏离原来的方向的现象。
这种现象是由于光波遇到物体边缘或孔时，会发生折射、衍射、反射等光的基本性质的改变而产生的。
衍射现象早在19世纪初就被发现和研究，并且在现代科学和工程领域有着广泛的应用。
衍射现象的产生可以通过波动理论来解释。
根据波动理论，光是以波动的形式传播的。
当光遇到障碍物的边缘或孔时，波动性质使得光的传播发生改变，从而导致光线的弯曲、扩展或偏离。
衍射现象的特征之一是波前的变化。
波前是指在同一时间所有波峰和波谷所组成的面。
正常情况下，波前是由光源发出的光线的垂直面，形状是一个平面。
当光经过边缘或孔时，波前会发生形状的改变，变得弯曲或变形。
这是由于光线的一部分通过了边缘或孔，而另一部分则被遮挡或发生了反射。
这种改变导致了光线的衍射现象。
另一个特征是衍射图样的变化。
衍射图样是指在屏幕上观察到的光线的分布模式。
在普通的条件下，我们在屏幕上会看到一个明亮的光斑，代表着光线的传播。
然而，当光经过边缘或孔时，衍射现象会导致光在屏幕上出现一系列的亮暗条纹，称为衍射条纹。
这些条纹的形状和分布规律取决于物体的形状和大小，以及光的波长和入射角度等因素。
衍射现象的应用非常广泛。
在光学领域，衍射是解释光的传播和干涉现象的基础。
在天文学中，通过观察天体的衍射现象，可以推测出天体的尺寸和结构。
在显微镜和望远镜中，衍射现象被广泛应用于提高图像的分辨率和清晰度。
在实验室中，科学家们使用衍射实验研究光波的特性和性质。
除了光波外，衍射现象还可以在其他类型的波中观察到。
例如，声波在穿过孔洞或边缘时也会发生衍射。
这种现象在音响系统设计和声学研究中有着重要的应用。
总之，衍射现象是光线或其他波通过物体边缘或孔时，由于波动性质的改变而导致光线的弯曲、扩展或偏离的现象。
衍射现象的特征包括波前的变化和衍射图样的变化。
衍射现象广泛应用于光学、天文学、声学等领域，并在科学研究和实验中扮演着重要的角色。
衍射的原理
衍射是指光线通过一个有限大小的孔或物体边缘时，光的传播方向发生弯曲或扩散的现象。
其原理可概括为以下几点：
1. 光的本质：光既可以被视作粒子（光子）也可以被视作波动（电磁波）。
衍射现象主要是由光的波动性引起的。
2. 互补原理：根据互补原理，当光通过一个孔或物体边缘时，它将在边缘上生成新的波源。
这些新的波源将发出新的光波，并以球面波或圆形波纹的形式向四面八方传播。
3. 光的干涉：当波峰与波谷相遇时会相互增强，而两个波峰或两个波谷相遇时会相互抵消（干涉现象）。
在衍射时，通过不同路径传播出来的光波会相互干涉，形成衍射图案。
4. 衍射图案：由于不同波源之间的干涉作用，衍射图案通常是由明暗相间的亮暗条纹或环形结构组成的。
这些条纹或结构的形状和大小取决于光的波长、衍射孔或物体的形状和大小，以及观察者与衍射现象之间的距离。
衍射现象在许多领域中具有重要应用，如摄影、显微镜、X射线衍射等。
它不仅帮助人们理解光的本质和波动性质，还为科学研究和技术发展提供了有力工具。
第二章衍射公式及衍射是指波在通过一个孔或绕过一个障碍物时发生的偏折现象。
在物理学中，衍射是一种常见的现象，可以解释光、声波等的传播和干涉。
衍射公式是用来计算衍射现象的数学表达式，它描述了波通过一个狭缝或孔时偏折的规律。
根据衍射公式，我们可以计算出特定条件下的衍射图样和衍射角度。
由于衍射公式的推导较复杂，下面我们将通过一个简单的例子来说明衍射的基本原理和公式的应用。
假设有一束单色光通过一个宽度为a的狭缝，我们希望计算出衍射图样中间的主极大（也叫零级衍射极大）的角度。
根据衍射公式，主极大的角度为：sinθ = λ/a其中，θ为主极大的角度，λ为波长，a为狭缝的宽度。
这个公式可以用来计算单缝衍射的主极大角度，也可以应用于其他衍射实验中。
衍射公式的推导涉及到波的数学描述和波动方程的求解过程，需要通过波动光学等课程进行学习。
在推导过程中，我们需要使用亥姆霍兹方程和惠更斯原理等基本假设来求解解析解。
除了单缝衍射，衍射公式还可以应用于其他形状和结构的衍射实验。
例如，在光的衍射实验中，当光通过一个孔径很小的圆形屏幕时，会产生中央强度最强的中央最大光斑，以及周围逐渐减弱的一系列光斑。
这种现象被称为菲涅耳圆形屏幕衍射。
对于不同形状和结构的衍射实验，衍射公式的具体形式和应用方法可能不同。
但是，衍射公式的核心思想是一样的，即通过计算波的传播和干涉，来确定衍射图样和衍射角度。
总结起来，衍射公式是用来计算衍射现象的数学表达式，它描述了波在通过狭缝或孔时的偏折规律。
通过衍射公式，我们可以计算出衍射图样和衍射角度，从而深入理解波的传播和干涉现象。
衍射公式的具体形式和应用方法会根据不同的衍射实验而有所不同，需要通过学习相关课程来掌握。
衍射的概念衍射是物理学中的一个重要现象，指的是波在遇到障碍物或通过狭缝时发生弯曲和扩散的现象。
它是波动性质的基础，广泛应用于各个领域，包括光学、声学、电磁波等。
首先，我们来讨论光的衍射现象。
当光通过一个宽度接近其波长的狭缝时，波面会扩展并在狭缝后面形成一系列亮暗相间的夫琅禾费衍射图样。
这可以用惠更斯原理来解释，即波动理论的基本原理之一，它认为波传播时每一点都可以看作是一个次波源。
这些次波源发出的波再次相交成为一个新的波面，即新的波前。
当波通过一个狭缝时，每一个狭缝上的每个点都可以看作是次波源。
这些次波源发出的光波再次相交，产生一系列波峰和波谷。
波与波之间的干涉作用使得某些位置的光强增强，而在其他位置则减弱。
这种光强分布就是衍射图样。
衍射图样的具体形状与狭缝的宽度、光的波长以及观察位置的距离等因素有关。
衍射现象也可以通过单缝的曲线衍射图样来观察到。
当光通过一个狭缝时，狭缝的宽度应当与光的波长接近。
在观察屏幕上的图样时，可以看到中央的亮斑，两侧则逐渐减弱。
这是因为狭缝两边的次波源发出的光波会在远离狭缝的位置发生相位差，导致干涉效应，使得中央的亮斑相较较明亮。
衍射不仅发生在光波中，声波也会遵循类似的规律。
当声波通过一个狭缝时，发生的衍射现象称为声衍射。
声衍射可以解释为声波的压缩和稀疏在宽度接近波长的狭缝处发生相位差，产生波的干涉。
与光波的衍射相似，声衍射也会导致一系列亮暗相间的图样。
声衍射广泛应用于扬声器和麦克风设计中，以及音响效果的改善。
电磁波也会发生衍射现象。
当电磁波通过一个狭缝或障碍物时，会出现类似光和声波的衍射图样。
由于电磁波的波长不同，其衍射现象也有所不同。
例如，射电波的波长较长，所以可以通过建筑物等障碍物，发生大范围的衍射。
而微波的波长较短，所以衍射现象相对较小。
衍射现象的研究对于理解波动性质和波动理论的验证具有重要意义。
它不仅帮助我们解释许多现象，还在实际应用中发挥着重要作用。
例如，光学中使用的干涉仪和衍射光栅，以及声学中的声衍射测量等。
光学中的光的衍射和衍射公式在光学中，光的衍射是指光通过一个具有孔径或者凹凸面的物体后，发生了偏离直线传播的现象。
衍射现象是由光的波动性质决定的，具有不可避免的作用。
本文将介绍光的衍射的基本原理和衍射公式。
一、光的衍射原理1. 光的波动性光既可以被视为一种粒子，也可以被视为一种波动。
当我们进行光学实验时，光的波动性更为明显。
光的波动性意味着光会呈现出波动的行为，比如传播过程中的干涉、衍射等。
2. 衍射现象当光通过物体的边缘或孔径时，会发生衍射现象。
光线遇到物体边缘后会发生弯曲，并向周围空间扩散。
这种弯曲和扩散现象就是光的衍射。
二、衍射公式1. 衍射公式的基本形式衍射公式是用来计算衍射现象的数学公式。
根据光的衍射理论，我们可以得出如下的衍射公式：dlambda = k * sin(theta),其中，dlambda表示衍射的波长差，k是衍射级数，theta是入射光线与衍射方向的夹角。
2. 衍射公式的应用衍射公式可以应用于各种不同的衍射情况中。
例如，当光通过一个狭缝时，我们可以利用衍射公式计算出狭缝衍射的波长差和衍射级数。
同样，当光通过一个光栅时，我们也可以应用衍射公式计算出光栅衍射的波长差和衍射级数。
3. 衍射级数衍射级数是衍射公式中的一个重要参数，用于描述衍射的级别。
衍射级数越高，衍射现象也越明显。
例如，一级衍射表示光线经过一次衍射后的结果，二级衍射表示光线经过两次衍射后的结果，以此类推。
三、光的衍射的影响因素1. 孔径大小孔径的大小对光的衍射有明显的影响。
当孔径较大时，衍射现象变得不明显；当孔径较小时，衍射现象变得非常明显。
2. 入射光的波长入射光的波长也是影响光的衍射的重要因素。
波长越短，衍射现象越明显；波长越长，衍射现象越不明显。
3. 衍射角度入射光线与衍射方向的夹角也会影响衍射现象的强弱。
当夹角较小时，衍射现象相对较弱；当夹角较大时，衍射现象相对较强。
四、光的衍射的应用1. 光栅衍射光栅衍射是利用光栅的衍射特性进行实验和应用的一种方法。
高中物理：光的衍射
【知识点的认识】
一、光的衍射
1．光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象叫光的衍射．
2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象．
3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环）．
4．常见的衍射现象有单缝衍射，圆孔衍射和泊松亮斑等．
5．单缝衍射图样特点：若是单色光，则中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹，其亮度和宽度依次减小；若是白光则中央为白色亮条纹，且最宽最亮，两边为彩色条纹．
【解题方法点拨】
衍射与干涉的比较
两种现象
比较项目
单缝衍射双缝干涉
不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最
宽
条纹宽度相等
条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距
亮度情况中央条纹最亮，两边变
暗条纹清晰，亮度基本相
等
相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；
干涉、衍射都有明暗相间的条纹
（1）白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．
（2）区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．
2．干涉与衍射的本质：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或
多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．。
衍射知识点总结
衍射是一种光的传播现象，涉及到光波在通过障碍物或物体边缘时发生弯曲和扩散的过程。
衍射现象在光学、声学和其他波动现象中都有广泛的应用，对于理解光的传播和波动性质
有重要意义。
1. 衍射的基本原理
当光波遇到一个小孔或尺寸较小的障碍物时，光波会弯曲和扩散，形成特定的衍射图样。
这种现象可以用赫尔姆霍兹方程和费马原理等物理定律进行描述和解释。
2. 衍射的分类
衍射可以分为菲涅尔衍射和菲索衍射两种类型。
菲涅尔衍射是指当光波传播时，光源和观
察平面距离差异较大，需要考虑光波传播的路径长度差，会产生衍射现象。
菲索衍射是指
当光波和物体表面接触时，会产生衍射现象。
3. 衍射的数学描述
衍射现象可以用数学公式进行描述，可以通过赫尔姆霍兹方程和费马原理等物理定律来进
行计算和分析衍射现象。
这种数学描述对于理解光波的传播规律和特性有重要意义。
4. 衍射的应用
衍射现象在激光技术、光学成像、声学传播等领域都有广泛的应用。
例如，在激光技术中，可以利用衍射原理来进行激光光栅的制作和光束调制；在光学成像中，衍射现象对于显微
镜和望远镜等成像设备的设计和优化有重要意义。
总之，衍射是光波传播中的重要现象，对于理解光的传播规律和波动性质有重要意义。
通
过对衍射现象的研究和应用，可以推动光学技术和相关领域的发展，为人类社会的进步做
出贡献。
第十四章 光的衍射14-1 在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两秏波长λ1和λ2，垂直入射于单缝上．假如λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合，试问 (1) 这两种波长之间有何关系？(2) 在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其他极小相重合？（答案：212λλ=；λ1的任一k 1级极小都有λ2的2k 1级极小与之重合）14-2 波长为600 nm (1 nm=10-9 m)的单色光垂直入射到宽度为a =0.10 mm 的单缝上，观察夫琅禾费衍射图样，透镜焦距f =1.0 m ，屏在透镜的焦平面处．求： (1) 中央衍射明条纹的宽度∆ x 0；(2) 第二级暗纹离透镜焦点的距离x 2 ．（答案：1.2 cm ；1.2 cm ）14-3 在用钠光(λ=589.3 nm)做光源进行的单缝夫琅禾费衍射实验中，单缝宽度a=0.5 mm ，透镜焦距f =700 mm ．求透镜焦平面上中央明条纹的宽度．(1nm=10-9m)（答案：1.65 mm ）14-4 用氦氖激光器发射的单色光(波长为λ=632.8 nm)垂直照射到单缝上，所得夫琅禾费衍射图样中第一级暗条纹的衍射角为5°，求缝宽度．(1nm=10-9m)（答案：7.26³10-3 mm ）14-5 某种单色平行光垂直入射在单缝上，单缝宽a = 0.15 mm ．缝后放一个焦距f = 400 mm 的凸透镜，在透镜的焦平面上，测得中央明条纹两侧的两个第三级暗条纹之间的距离为8.0 mm ，求入射光的波长．（答案：500 nm ）14-6 单缝的宽度a =0.10 mm ，在缝后放一焦距为50 cm 的会聚透镜，用平行绿光(λ=546 nm)垂直照射到单缝上，试求位于透镜焦平面处的屏幕上中央明条纹宽度．(1nm=10-9m)（答案：5.46 mm ）14-7 用波长λ=632.8 nm(1nm=10−9m)的平行光垂直照射单缝，缝宽a =0.15 mm ，缝后用凸透镜把衍射光会聚在焦平面上，测得第二级与第三级暗条纹之间的距离为1.7 mm ，求此透镜的焦距．（答案：400 mm ）14-8 在夫琅禾费单缝衍射实验中，如果缝宽a 与入射光波长λ的比值分别为(1) 1，(2) 10，(3) 100，试分别计算中央明条纹边缘的衍射角．再讨论计算结果说明什么问题．（答案：90°；445'︒；43'）14-9 用波长λ=632.8nm(1nm=10-9m) 的平行光垂直入射在单缝上，缝后用焦距f=40cm 的凸透镜把衍射光会聚于焦平面上．测得中央明条纹的宽度为 3.4mm ，单缝的宽度是多少？（答案：0.15 mm ）14-10 在圆孔夫琅禾费衍射实验中，已知圆孔半径a ，透镜焦距f 与入射光波长λ ．求透镜焦面上中央亮斑的直径D ．（答案：1.22 λ f / a ）14-11 迎面开来的汽车，其两车灯相距l 为1 m ，汽车离人多远时，两灯刚能为人眼所分辨？(假定人眼瞳孔直径d 为3 mm ，光在空气中的有效波长为λ = 500 nm, 1 nm = 10-9 m) ．（答案：4.9 ³103 m ）14-12 在通常亮度下，人眼瞳孔直径约为3 mm ，若视觉感受最灵敏的光波长为550 nm(1 nm = 10-9 m)，试问： (1) 人眼最小分辨角是多大？(2) 在教室的黑板上，画的等号的两横线相距2 mm ，坐在距黑板10 m 处的同学能否看清？（要有计算过程）（答案：2.24³10-4 rad ；8.9 m ）14-13 设汽车前灯光波长按λ = 550 nm (1 nm = 10-9 m)计算，两车灯的距离d = 1.22 m ，在夜间人眼的瞳孔直径为D = 5 mm ，试根据瑞利判据计算人眼刚能分辨上述两只车灯时，人与汽车的距离L ．（答案：9.09 km ）14-14 用每毫米300条刻痕的衍射光栅来检验仅含有属于红和蓝的两种单色成分的光谱．已知红谱线波长λR 在 0.63─0.76μm 范围内，蓝谱线波长λB 在0.43─0.49 μm 范围内．当光垂直入射到光栅时，发现在衍射角为24.46°处，红蓝两谱线同时出现． (1) 在什么角度下红蓝两谱线还会同时出现？ (2) 在什么角度下只有红谱线出现？（答案：55.9°；11.9°，38.4°）14-15 (1) 在单缝夫琅禾费衍射实验中，垂直入射的光有两种波长，λ1=400 nm ，λ2=760nm (1 nm=10-9 m)．已知单缝宽度a =1.0³10-2cm ，透镜焦距f =50 cm ．求两种光第一级衍射明纹中心之间的距离．(2) 若用光栅常数d =1.0³10-3 cm 的光栅替换单缝，其他条件和上一问相同，求两种光第一级主极大之间的距离．（答案：0.27 cm ；1.8 cm ）14-16 波长λ=600nm(1nm=10﹣9m)的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30°，且第三级是缺级．(1) 光栅常数(a + b )等于多少？(2) 透光缝可能的最小宽度a 等于多少？(3) 在选定了上述(a + b )和a 之后，求在衍射角-π21＜ϕ＜π21 范围内可能观察到的全部主极大的级次．（答案：2.4³10-4 cm ；0.8³10-4 cm ；k=0，±1，±2）14-17 一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长的光，λ1=440 nm ，λ2=660nm (1 nm = 10-9 m)．实验发现, 两种波长的谱线(不计中央明纹)第二次重合于衍射角ϕ=60°的方向上．求此光栅的光栅常数d ．（答案：3.05³10-3 mm ）14-18 一束具有两种波长λ1和λ2的平行光垂直照射到一衍射光栅上，测得波长λ1的第三级主极大衍射角和λ2的第四级主极大衍射角均为30°．已知λ1=560 nm (1 nm= 10-9 m)，试求:(1) 光栅常数a ＋b (2) 波长λ2（答案：cm 1036.34-⨯；420 nm ）14-19 用一束具有两种波长的平行光垂直入射在光栅上，λ1=600 nm ，λ2=400 nm(1nm=10﹣9m)，发现距中央明纹5 cm 处λ1光的第k 级主极大和λ2光的第(k +1)级主极大相重合，放置在光栅与屏之间的透镜的焦距f =50 cm ，试问： (1) 上述k =？ (2) 光栅常数d =？（答案：2；1.2 ³10-3 cm ）14-20 用含有两种波长λ=600 nm 和='λ500 nm (1 nm=10-9 m)的复色光垂直入射到每毫米有200 条刻痕的光栅上，光栅后面置一焦距为f=50 cm 的凸透镜，在透镜焦平面处置一屏幕，求以上两种波长光的第一级谱线的间距∆x ．（答案：1 cm ）14-21 一衍射光栅，每厘米200条透光缝，每条透光缝宽为a=2³10-3 cm ，在光栅后放一焦距f=1 m 的凸透镜，现以λ=600 nm (1 nm =10-9 m)的单色平行光垂直照射光栅，求： (1) 透光缝a 的单缝衍射中央明条纹宽度为多少？ (2) 在该宽度内，有几个光栅衍射主极大？（答案：0.06 m ；5个光栅衍射主极大）14-22 氢放电管发出的光垂直照射在某光栅上，在衍射角ϕ =41°的方向上看到λ1=656.2nm 和λ2=410.1 nm(1nm=10-9μ)的谱线相重合，求光栅常数最小是多少？（答案：5³10-4 cm ）14-23 用钠光(λ=589.3 nm)垂直照射到某光栅上，测得第三级光谱的衍射角为60°． (1) 若换用另一光源测得其第二级光谱的衍射角为30°，求后一光源发光的波长．(2) 若以白光(400 nm －760 nm) 照射在该光栅上，求其第二级光谱的张角．(1 nm= 10-9 m)（答案：510.3 nm ；25°）14-24 一平面衍射光栅宽2 cm ，共有8000条缝，用钠黄光(589.3 nm)垂直入射，试求出可能出现的各个主极大对应的衍射角．(1nm=109m)（答案：0；±13.6°；±28.1°；±45.0°；±70.5°）14-25 某种单色光垂直入射到每厘米有8000条刻线的光栅上，如果第一级谱线的衍射角为30°那么入射光的波长是多少？能不能观察到第二级谱线？（答案：625 nm ；观察不到第二级谱线）14-26 设光栅平面和透镜都与屏幕平行，在平面透射光栅上每厘米有5000条刻线，用它来观察钠黄光（λ=589 nm ）的光谱线．(1)当光线垂直入射到光栅上时，能看到的光谱线的最高级次k m 是多少？ (2)当光线以30°的入射角（入射线与光栅平面的法线的夹角）斜入射到光栅上时，能看到的光谱线的最高级次mk ' 是多少？ (1nm=10-9m) （答案：3；5）14-27 用一个每毫米有500条缝的衍射光栅观察钠光谱线(589 nm)(1 nm = 10-9 m)．设平行光以入射角30°入射到光栅上，问最多能观察到第几级谱线？（答案：5）14-28 图中所示的入射X 射线束不是单色的，而是含有由0.095～0.130 nm (1 nm = 10-9 m) 这一波段中的各种波长．晶体常数d = 0.275 nm ．问对图示的晶面，波段中哪些波长能产生强反射？（答案：0.095 nm ，1.19 nm ）14-29 某单色X 射线以30°角掠射晶体表面时，在反射方向出现第一级极大；而另一单色X 射线，波长为0.097 nm ，它在与晶体表面掠射角为60°时，出现第三级极大．试求第一束X 射线的波长．(1 nm = 10-9 m)（答案：0.168 nm ）14-30 在X 射线的衍射实验中，用波长从0.095 nm 到0.130 nm (1 nm = 10-9 m)的连续X 射线以45°角掠入到晶体表面．若晶体的晶格常数d = 0.275 nm ，则在反射方向上有哪些波长的X 光形成衍射主极大？（答案：0.130 nm ；0.097 nm ）d60°² ² ² ² ² ² ² ² ² ² ² ² ² ² ² ² ² ²² ² ² ² ² ²。
