高中物理 光的衍射(Diffraction)

产生 障碍物或孔的尺寸比波 频率、振动方向相同，相位 条件 长小或跟波长差不多 差恒定的两列光波相遇叠加
条纹 条纹宽度不等，中央最
不 宽度
宽
同
点 条纹 各相邻条纹间距不等，
间距 越靠外条纹间距越小
条纹宽度相等 各相邻条纹等间距
亮度
中间条纹最亮，两边变 暗
清晰条纹，亮度基本相等
相 同
成因
干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加 时加强或者削弱的结果
例.（多选）图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样， 则( BCD)
A.甲为红光的衍射图样 B.乙为紫光的干涉图样 C.丙为红光的衍射图样 D.丁为紫光的衍射图样
解析：当单色光通过双缝时形成的干涉图样为等间距的，而 通过单缝时的图样是中间宽、两边窄的衍射图样，因此甲、乙为干 涉图样，而丙、丁为衍射图样。由于红光的波长较长，干涉图样中 相邻条纹间距较大，而紫光的波长较短，干涉图样中相邻条纹间距 较小。单缝衍射的条纹特点是波长越长，条纹间距越大，中央亮纹 越宽，因此选项B、C、D正确。
课堂小结
光的衍射
1 光的衍射 2 几种不同的衍射现象
3 衍射光栅
白光的单缝衍射条纹
知识海洋
几种不同的衍射现象
资料 2.圆孔衍射 (1)现象 ①用点光源照射直径较大的圆孔时，在屏上会出现一个 明亮的圆形光斑，这是光沿直线传播的结果。 ②用点光源照射直径足够小的圆孔时，在屏上会出现一 些明暗相间的圆环，这是光发生衍射的结果。
知识海洋
几种不同的衍射现象
资料 (2)衍射图样的特点 明暗相间的环状条纹，中央为圆形亮斑。 ①单色光的圆孔衍射图样中央亮纹的亮度大，外面是明 暗相间的不等距的圆环，越向外，亮环亮度越低； ②白光的圆孔衍射图样中央亮纹为白色，周围是彩色圆 环。

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种类
项目
单缝衍射
双缝干涉
只要狭缝足够小，任何光 产生条件 都能发生 不 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 同 条纹间距 各相邻条纹间距不等 点 亮度 中央条纹最亮，两边最暗 相 同 点 成因
意义
频率相同的两列光 波相遇叠加 条纹宽度相等 各相邻条纹等间距 条纹清晰，亮度基 本相等 都有明暗相同的条纹，条纹都是光波叠加时加 强或削弱的结果 都是波特有的现象，表明光是一种波
②圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时在屏幕上会出现
明暗 相间的圆环。 ③泊松亮斑：障碍物的衍射现象。 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，使影的轮廓模 糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会
发现在阴影中心有一个 亮斑 ，这就是著名的泊松亮斑。
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(2)产生明显衍射现象的条件：
在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长 相比 ，甚至比光 的波长还要 小 的时候，就会出现明显的衍射现象。 (3)光的衍射现象和光的直线传播的关系： 光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比
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3．圆板衍射
(1)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，若在单色光(如激光)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。
(2)形成泊松亮斑时，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。 (3)圆板衍射图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的 增大而减小。
宽度及条纹间距就越大。
(4)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边 是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。
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2．圆孔衍射图样
(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。如图 13－5－1所示。 图13－5－1

a sin 2 N
在p点，N个同方向、同频率、同振幅、 初相依次差恒量 的简谐振动合成，合成 的结果仍为简谐振动。
p点合振幅Ep 是各子波振幅矢量和的模。 对于中心点：
= 0, = 0 E0 = N E0
E0
E0
…
对于其他点 p： ≠ 0， Ep < E0 。 当N 时， N个相接 的折线将变为一个圆弧，
光源
A
B
衍射屏
接收屏
E
B
衍射屏
接收屏
E
A
S
2.夫琅和费衍射
光源—衍射屏—接收屏 光源 距离为无限远。
B
衍射屏
接收屏
§8.4 单缝衍射
一、单缝夫琅和费衍射实验装置 1.实验装置
Y E Y
X
S
X
L1
A
L2
接收屏在L2象方焦平面
光源在透镜L1的物方焦平面
（1）单一小狭缝。 （2）满足夫琅和费条件。
O
B
解：将雷达波束看成是单缝衍射的 0 级明纹 a sin 1 由 30m m 有 si n 1 0.15 1 8.63° 所以 L d (ctg ctg )
15(ctg6.37 ctg 23.63 ) 100m
0 0
作业
习 预 题：
对于点光源发出的球面波，初相位可取为零，且倾斜因子 •菲涅耳积分可以计算任意 形状波的阵面衍射问题。 它说明子波为什么不会向后退。 •采用半波带法来定性地解 释衍射现象。
1 cos F ( ) 2
说明
E
三、衍射的分类
S
A
衍射系统一般由光源、衍射 屏和接收屏组成的。按它们 相互距离的关系，通常把光 的衍射分为两大类. 1.菲涅耳衍射 光源—衍射屏—接收 屏距离为有限远。

（（2）2）这波些的子传波播的方包向络面即新的波面
6
——惠更斯原理
菲涅耳
菲涅耳补充：从 同一波阵面上各 点发出的子波是 可以相互叠加的。
惠更斯 — 菲涅尔原理定量表示 （了解即可）
S
e
rP
S ： t时刻波阵面
* S ：波阵面上面元
S
(子波波源)
子波在P点引起的振动振幅 s 并与 有关 .
光的衍射
a 用什么原理来解释该现象呢？
平面波
（衍射角 ：向上为正，向下为负）
光的单缝的夫琅禾费衍射
（2）相邻窄条发出的光波到达观察屏后，振动方向相反
中央亮纹是其他亮纹宽度的2倍
越大，
越大，衍射效应越明显.
1
总结
重点：
1.掌握菲涅尔的半波带法（例17-3）
asin2kk 干涉相消（暗纹）
2
asin(2k1) 干涉加强（明纹）
第十七章 光的衍射
一.光的衍射现象
注意：如同光的干涉，光的衍射现象是光具有 波动性的有力证据
为什么日常生活中观测不到光的衍射
1.光的波长太短，大部分障碍物的尺寸远大于 光的波长 2.普通光源为不相干光源
但是声波的衍射很常见
为了实现光的衍射，需满足的条件：
1. 障碍物的尺寸与 光的波 长可以相 比拟
2. 使用相干光源
夫琅禾费 衍射
（2）满足夫琅禾费衍射条件
（2）相邻窄条发出的光波到达观察屏后，振动方向相反
入射波长变化，衍射效应如何变化 ?
（ 个半波带）
光源、屏与缝相距有限远
障碍物的尺寸与光的波 长可以相比拟
第十七章
光的衍射
光的波长太短，大部分障碍物的尺寸远大于光的波长