高中物理 光的衍射(一)

课时13.5光的衍射1.观察光的衍射现象,知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件。

2.能用衍射知识对生活中的现象进行分析和解释。

3.初步了解衍射光栅。

重点难点:衍射实验现象的观察以及产生明显衍射现象的条件和衍射条纹与干涉条纹的区别。

教学建议:光的衍射进一步证明了光具有波动性。

教学中,要让学生思考一般情况下不容易观察到光的衍射现象的原因,而后再观察衍射实验,来说明衍射现象以及发生衍射现象的条件。

教学过程中,可以通过复习机械波衍射的知识,来加深对光的衍射的理解。

还可以借助多媒体技术把衍射现象展示给学生,引发学生的兴趣和思考。

导入新课:蜡烛照到可调节孔大小的挡板上,当孔较大时光沿直线传播,在光屏上形成类似孔的亮斑;当孔变得较小时,则屏上形成烛焰的像;当孔再变小时,在屏上形成比孔大许多的模糊区域,这是为什么呢?你能解释吗?1.光的衍射(1)衍射现象:用单色平行光照射狭缝,当缝比较宽时,光沿着①直线通过狭缝,在狭缝后光屏上产生一条与缝宽②相当的亮条纹;当将缝调到很窄时,尽管亮条纹的③亮度有所降低,但是④宽度反而增大了,这表明光经过较窄的单缝时,并没有沿⑤直线传播,而是绕过了单缝的边缘传播到了更宽的空间,这就是光的衍射现象。

(2)常见的几种衍射:⑥单缝衍射、⑦圆孔衍射和泊松亮斑(圆屏衍射)。

(3)产生明显衍射的条件:障碍物、孔或狭缝的尺寸与光的波长⑧差不多,或比光的波长⑨小。

2.衍射光栅(1)定义:由许多⑩等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件叫衍射光栅。

(2)原理:增加狭缝的个数,衍射条纹的宽度将变窄,亮度将增加。

(3)分类:衍射光栅通常分为透射光栅和反射光栅两种。

1.光的衍射是不是说明光不能沿直线传播?解答:光的衍射与直线传播是在不同条件下的表现,都是正确的。

2.光的衍射能证明光的哪种学说是正确的?解答:波动说。

3.衍射现象中,如果增加狭缝的个数有什么现象?解答:衍射条纹的宽度将变窄,亮度将增加。

第四章光的衍射§ 4.1惠更斯—菲涅耳原理一．光的衍射现象波绕过障碍物继续传播，也称绕射。

二．次波光波在空间传播，是振动的传播，波在空间各处都引起振动，波场中任一点，即波前中任一点都可视为新的振动中心，这些振动中心发出的光波，称为次波。

次波又可以产生新的振动中心，继续发出次波，由此使得光波不断向前传播。

新的波面即是这些振动中心发出的各个次波波面的包络面。

用次波的模型可以很容易解释光的衍射现象。

波前上任一点都是一个次波中心，即一个点光源，发出球面波，两个点，即使是邻近的，发出的次波也是不同的。

严格地说，是没有“光线”或“光束”之类的概念的。

三．次波的叠加——惠更斯—菲涅耳原理1．次波的相干叠加考察波前上任一面元上的一点Q ，即一个次波中心所发出的球面次波在场点P 处引起的复振幅微分元)(~P U d 。

)(~)(~0Q U P U d ∝，Q 点的复振幅，称为瞳函数；re P U d ikr ∝)(~，Q 点为点光源，发出球面次波；∑∝d P U d )(~，次波中心面元面积； ),()(~0θθF P U d ∝，0θ、θ分别是源点和场点相对于次波面元∑d 的方位角。

0θ：面元法线与SQ 连线间的夹角，θ：面元法线与QP 连线间的夹角，),(0θθF 称为倾斜因子。

上述各因素的合并表达式为∑=d reQ U KF P U d ikr)(~),()(~00θθ，K 为比例常数。

将波前上所有次波中心发出的次波在P 点的振动相干叠加，即得到该波前发出的次波传播到P 点时所引起的合振动，即该波前发出的次波在P 点引起的振动。

这就是惠更斯—菲涅耳原理。

2．菲涅耳—基尔霍夫衍射积分公式如果取一个封闭的空间曲面∑，即一个封闭的波前，由于从光源发出的所有方向的波都将通过此波前，而且只通过此波前一次，所以光源在任一场点P 所引起的复振幅与该波前所发出的全部次波在该点所引起的复振幅等价。

由于波前是一连续分布的曲面，所有次波中心发出的次波在P 点的复振幅就是以下曲面积分⎰⎰∑∑=d r e F Q U K P U ikr ),()(~)(~00θθ，即⎰⎰∑'-+'-+'-'''-+-'+'-''=y d x d z z y y x x eF y x U K y x U z z y y x x i222)()()(200)()()(),(),(~),(~222λπθθ 此即为Fresnel（菲涅耳）衍射积分公式。

4.5 光的衍射【五大题型】【人教版2019】目录知识点1：光的衍射 (1)知识点2：单缝衍射与双缝干涉的对比 (3)知识点3：衍射光栅 (3)【题型1 光的衍射现象】 (4)【题型2 衍射图样及衍射条件】 (4)【题型3 对影响衍射条纹宽度的因素的理解】 (6)【题型4 光的衍射及干涉图样的判断】 (7)【题型5 光的衍射现象的应用】 (9)知识点1：光的衍射一、衍射现象光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光会偏离原本直线传播的路径而绕到障碍物后面传播，形成了明暗相间的条纹。

二、产生明显衍射的条件障碍物的尺寸可以跟光的波长相比或比光的波长还要小时能产生明显的衍射。

【注】在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可以近似认为光是沿直线传播的。

三、三种衍射现象及图样1、单缝衍射（1）现象：点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿着直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播，而是可以传播到阴影区，如在AA'、BB'区域出现明暗相间的条纹，即发生衍射现象。

（2）衍射图样特点①中央条纹亮而宽。

②两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄亮度逐渐减弱。

③波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，波长大的中央条纹宽，各条纹间距大。

④白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近自色亮条纹的内侧为紫色。

2、圆孔衍射（1）现象：如图所示，当挡板AB上的圆孔较大时光屏上出现图甲所示的情形；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图乙所示的衍射图样，出现亮暗相间的圆环。

（2）衍射图样特点衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小，用不同的光照射时所得图样也有所不同。

如果用单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环。

如果用白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。

3、圆盘衍射——障碍物的衍射现象（1）现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。

5光的衍射[学习目标] 1.知道光的衍射现象，了解产生明显衍射现象的条件(重点)。

2.知道衍射条纹的特点，会区分衍射条纹和干涉条纹(重难点)。

一、光的衍射1．用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。

这就是光的衍射现象。

2．各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。

3．发生明显衍射现象的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显。

有同学说：“光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，光不再发生衍射现象”，这种说法对吗？答案不对。

衍射现象是一定会发生，大光斑说明光是沿直线传播的，衍射现象不明显，但大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的。

三种衍射图样的特点：1．单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。

(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大。

2.圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。

如图所示。

(1)中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。

(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。

(3)用不同单色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。

(4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色的同心圆环。

3．圆板衍射(泊松亮斑)(1)若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。

衍射图样如图所示。

(2)中央是亮斑(与圆孔衍射图样中心亮斑比较，泊松亮斑较小)，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。

(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。

〖干涉和衍射归纳高中物理-光的衍射〗 等间距不等间距，∆x =λdl：d 越小，∆x 越大单缝越窄，条纹展开越宽∆x =λdl：λ越小，∆x 越小λ越小，中央亮纹越窄没有公式注：红光波长最大，紫光波长最小。

思考题：1.干涉、衍射都要产生明暗相间的条纹，它们究竟有什么区别?答：干涉图样是等间距条纹，衍射图样是中间宽、两边窄，对称分布的条纹。

干涉、行射都是波的叠加现象。

从本质上讲，两者并无区别。

区分干涉、衍射，是一种习惯说法，一般来说，双缝图样叫干涉，单缝或多缝图样叫衍射。

2．为什么在日常生活中，声波的衍射比光波更显著？答：可闻声波的波长范围是1.8cm ~ 18m ，和障碍物尺寸相近，容易发生衍射；可见光波长范围是400nm-760nm ，障碍物尺寸往往比光的波长大得多，所以不容易发生衍射。

只闻其声不见其人，物理本质就是声波容易衍射，光波不容易衍射。

〖思考与讨论~P59〗发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）测尺寸比波长小或跟波长差不多。

日常生活中的物体，跟可见光的波长（400nm-760nm ）比，尺寸较大，所以衍射不明显，更多是呈现“沿直线传播”。

其实，也不是观察不到光的衍射，而是大部分人即使是观察到了也并没有在意。

〖做一做~P60、61〗用激光笔做单缝衍射实验如果家里有激光笔一定要做一做这个实验，能增加你对衍射的感性认识。

做的时候注意做好防护，尤其注意激光不要直接照射眼睛。

如果你做成了，拍下照片发到我们的教学班级群里。

用羽毛做光栅衍射实验能找到羽毛、翎毛是最好的（拆鸡毛掸子？）。

如果没有，还可以寻找替代品，比如纱巾，总之就是密集多缝或多孔的东西就行。

也有人眯缝眼睛，从上下眼睫毛交错构成的许多小缝隙中看灯光，也能看到彩色的衍射花样，没看到也不强求，但一定要注意保护好眼睛。

〖问题与练习~P4〗1．会观察到明暗相间的彩色条纹，因为当两支铅笔夹成的狭缝与光波波长接近时，会发生光的衍射现象。

说明1:也可以用两把直尺重叠并压紧后，对着日光灯观察光的衍射现象。

高中物理光的衍射知识点复习高中物理光的衍射知识点(1)光的衍射现象光绕过阻碍物偏离直线流传路径而进入暗影区里的现象，叫光的衍射。

光的衍射和光的干预同样证了然光拥有波动性。

小孔或阻碍物的尺寸比光波的波长小，或许跟波长差不多时，光才能发生显然的衍射现象。

(2)衍射现象的特色：①光束在衍射屏上的某一方向遇到限制，则远处屏幕上的衍射强度就沿该方向扩睁开来。

②若光孔线度越小，光束受限制得越厉害，则衍射范围越加洋溢。

理论上表示光孔横向线度与衍射发散角Δ之间存在反比关系。

(3)产生条件因为光的波长很短，只有十分之几微米，往常物体都比它大得多，所以当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，能够清楚地看到光的衍射。

用单色光照耀时成效好一些，如果用复色光，则看到的衍射图案是彩色的。

(3)衍射图样①单缝衍射：中央为亮条纹, 向双侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不一样 . 白光衍射时 , 中央仍为白光 , 最凑近中央的是紫光 , 最远离中央的是红光.②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环.③泊松亮斑：光照耀到一个半径很小的圆板后, 在圆板的暗影中心出现的亮斑, 这是光能发生衍射的有力凭证之一。

(4)衍射应用光的衍射决定光学仪器的分辨本事。

气体或液体中的大量悬浮粒子对光的散射，衍射也起重要的作用。

在现代光学以致现代物理学和科学技术中，光的衍射获得了愈来愈宽泛的应用。

衍射应用大概能够归纳为以下四个方面：①衍射用于光谱剖析。

如衍射光栅光谱仪。

②衍射用于构造剖析。

衍射图样对精美构造有一种相当敏感的“放大”作用，故而利用图样剖析构造，如X 射线构造学。

③衍射成像。

在相关光成像系统中，引进两次衍射成像观点，由此发展成为空间滤波技术和光学信息办理。

光瞳衍射导出成像仪器的分辨本事。

④衍射再现波阵面。

这是全息术原理中的重要一步。

高中物理光的干预知识点1.双缝干预(1)两列光波在空间相遇时发生叠加 , 在某些地区总增强 ,在此外一些地区总减弱 , 进而出现亮暗相间的条纹的现象叫光的干预现象 .第 2页(2)生干预的条件两个振状况是同样的波源叫相关波源, 只有相关波源出的光相互叠加 , 才能生干预象 , 在屏上出定的亮暗相的条 .(3)双干预律①双干预中, 光屏上某点到相关光源、的行程之差光程差 ,.若光程差是波 λ 的整倍数 , 即(n=0,1,2,3⋯)P点将出亮条; 若光程差是半波的奇数倍(n=0,1,2,3⋯),P点将出暗条.②屏上和双、距离相等的点, 若用色光点是亮条 ( 中央条 ), 若用白光点是白色的亮条.③若用色光 , 在屏上获得明暗相的条 ; 若用白光 , 中央是白色条 , 两是彩色条 .④屏上明暗条之的距离是相等的, 其距离大小与双之距离 d. 双到屏的距离及光的波 λ 相关 , 即 . 在和d 不的状况下, 和波λ 成正比, 用式可光波的波λ.⑤用同一装置做干预, 光干预条的距最大 , 紫光干预条距最小 , 故可知大于小于 .2.薄膜干预(1)薄膜干预的成因：由薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而成, 劈形薄膜干预可产平生行相间的条纹.(2)薄膜干预的应用①增透膜：透镜和棱镜表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波长的 .②检查平坦程度：待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜 , 用单色光进行照耀, 入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波 , 形成干预条纹 , 待检平面假如平的, 空气膜厚度同样的各点就位于一条直线上, 干预条纹是平行的; 反之 , 干涉条纹有曲折现象。