物理选择性必修 第一册第四章 光5 光的衍射授课课件ppt

这是一份物理选择性必修 第一册第四章 光5 光的衍射授课课件ppt，共35页。PPT课件主要包含了光的衍射，知识点一光的衍射，障碍物，发生了光的衍射，泊松亮斑，知识点二衍射光栅，漫反射，高反射率，探究一光的衍射，探究二衍射光栅等内容，欢迎下载使用。

1.光的衍射:光在传播过程中遇到 或小孔(狭缝)时,绕过障碍物或通过小孔(狭缝)传播到阴影区域的现象.2.点光源照在一个剃须刀片上,在屏上形成了它的影子,其边缘较为模糊,边缘模糊的原因是 .隔着帐幔看远处的灯,见到灯周围有彩色的光芒,此现象的原因是 .
3.在单色光的传播路径上放一个较小的圆形障碍物,发现在阴影中心有一个亮斑,如图所示,这个亮斑是 .阅读教材第100页,了解这一亮斑名字的由来.
答案:光通过狭缝发生了衍射,看到的彩色条纹是光的衍射条纹.
4.将两支圆柱形铅笔并在一起,形成一个狭缝,使狭缝平行于日光灯,眼睛紧贴狭缝会看到彩色的条纹.思考发生这一现象的原因是什么?
5.我们知道,波能够绕过障碍物发生衍射,既然光也是一种波,为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射,而且常常说“光沿直线传播”呢?
答案:因为光的波长很短,生活中障碍物的尺寸大都比光的波长大得多,所以衍射现象不明显,认为光是沿直线传播的.
6.光遇到小孔、单缝或障碍物时,可能发生衍射现象,也可能不发生,这种说法正确吗?
答案:不正确.光遇到小孔、单缝或障碍物时都会发生衍射,只是衍射现象有时明显,有时不明显.
1.衍射光栅:由许多 的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件.2.透射光栅:在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕,刻痕产生 而不太透光,未刻的部分相当于 的狭缝,这样就做成了透射光栅.3.反射光栅:如果在 的金属上刻痕,就可以做成反射光栅.
1.白光通过盛水的玻璃杯,在适当的角度,可看到彩色光,这是光的衍射现象.( )2.光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论.( )3.阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射现象.( )4.光照到不透明小圆盘上,在其后方的阴影中心出现泊松亮斑,说明发生了衍射.( )5.当障碍物的尺寸比波长大很多时,能发生明显的衍射现象.( )6.泊松亮斑支持了光的波动说.( )
将一束红光分别照到宽度为0.4 mm和0.8 mm的单缝上,在单缝后面的光屏出现了如下图所示的条纹.
红光　单缝宽0.4 mm
红光　单缝宽0.8 mm
1.除了中间的亮条纹,两边还有多条亮条纹,原因是什么?该图样有什么特点?该图样和单色光的双缝干涉图样有何异同点?
答案: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,这是光的衍射现象.衍射图样的特点是中央条纹最亮,越向两边越暗,条纹间距不等,越靠外,条纹间距越小.衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的,但衍射条纹是中间最宽、最亮,从中央向两侧逐渐变窄、变暗;干涉条纹是等间距的条纹,宽度和亮度相同.
2.对比两幅图样,思考衍射现象明显与否与缝的宽度的关系.
答案:波长一定时,单缝越窄,中央条纹越宽,各条纹间距越大,即当缝的尺寸越小,越接近光的波长时,衍射现象越明显.
3.下图是蓝光的单缝衍射图样,对比单缝宽相同的红光的衍射图样,思考衍射现象明显与否与入射光波长的关系.
答案:单缝宽度不变时,入射光波长越大,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大,衍射现象就越明显.
蓝光　单缝宽 0.4 mm
4.让烛光照射到一块遮光板上,板上有一个可以改变大小的三角形孔,当此三角形孔缓慢地由大变小直到闭合时,试分析在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光).
答案:当三角形孔较大时,屏上出现一个三角形光斑,随着三角形缓慢地变小,光斑逐渐变小;当三角形孔小到一定程度时,屏上会出现倒立的烛焰的像;继续使三角形孔缓慢变小,可以观察到小孔衍射图样;当孔闭合时,屏上就会一片黑暗.
5.通过以上分析,尝试总结产生明显衍射现象的条件.
答案:只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长,甚至比光的波长还小时,衍射现象才明显.
6.下图为白光的单缝衍射条纹.该条纹有什么特点?白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么相同点?
答案:用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,仍然最宽最亮.两边是彩色条纹,越向两边越暗,条纹间距不等,越靠外,条纹间距越小.白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹都是中央为白色条纹,两侧为彩色条纹.
1.发生明显衍射现象的条件只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长,甚至比光的波长还小时,衍射现象才明显.2.对光的衍射的理解(1)衍射是波的特征,波长越长,衍射现象越明显.任何情况下都可以发生衍射现象,衍射现象有明显与不明显的差别.(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况,在光的波长比障碍物的尺寸小得多时,可以认为光是沿直线传播的.
3.三种衍射图样的特点(1)单缝衍射.单色光通过单缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹,中央为亮条纹,中央条纹最宽、最亮,两侧的亮条纹逐渐变窄变暗;白光通过单缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹.波长一定时,单缝窄的中央条纹宽,各条纹间距大;单缝一定时,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.
(3)圆盘衍射(泊松亮斑).①若在单色光(如激光)传播路径上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,圆盘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.
4.双缝干涉和单缝衍射的比较
【典例1】下图是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片.
(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的狭缝宽度大小关系.(2)试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因.
答案: (1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出,由图甲到图丁,衍射现象越来越明显,说明两测量脚间的狭缝宽度越来越小.(2)照片丁中中央条纹的颜色为白色,因为各种色光在屏中央均形成亮条纹,各种色光叠加后,中央条纹为白色.
【典例2】如图所示的四种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器或同一单缝衍射仪器形成的图样(黑色部分表示亮条纹).各图样均是什么图样?并说明理由.
1.单缝衍射在实际应用中存在的困难是什么?
答案:单缝衍射的条纹比较宽,而且距离中央亮条纹较远的条纹,亮度也很低.因此,无论从测量的精确度,还是从可分辨的程度上说,单缝衍射都不能达到实用要求.
2.透射光栅有怎样的优点?
答案: 透射光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果.多缝干涉使光栅衍射的亮条纹的宽度比单缝衍射时窄得多,明条纹又细又亮.从测量的精确度和可分辨的程度上说在实际应用中更为方便.
衍射光栅(1)通常是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片.(2)光栅的狭缝数量很大,一般每毫米几十至几千条.单色平行光通过光栅每个狭缝发生衍射和各狭缝间发生干涉,形成暗条纹宽、明条纹细的图样,这些锐细而明亮的条纹称作谱线.(3)谱线的位置随波长而异,复色光通过光栅后,不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱.光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果.
【典例3】(多选)关于衍射光栅,下列说法正确的是( )A.衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的B.衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类C.透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝D.透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝
解析:衍射光栅是由许多等宽度的狭缝等距离排列组成的,分为透射光栅和反射光栅两类.对于透射光栅来说,当光照到刻痕上时,由于光发生漫反射而不太透光,未刻痕的部分相当于透光的狭缝.选项A、B、D正确,选项C错误.
1.某同学使用激光器做光源,在不透光的挡板上开一条宽为0.05 mm的窄缝,进行光的衍射实验,如图所示,则他在光屏上看到的图样是( )
解析:单缝衍射条纹中间宽,两侧越来越窄,由于单缝是水平的,衍射条纹也是水平的,故选项B正确.
2.用单色光分别通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时,在光屏上得到衍射图样,它们的特点是( )A.用前者做实验时中央是暗的,用后者做实验时中央是亮的B.用前者做实验时中央是亮的,用后者做实验时中央是暗的C.中央均为亮点的同心圆形条纹D.中央均为暗点的同心圆形条纹
解析:障碍物小圆盘的衍射,障碍物后的阴影中央是一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑,是光绕过盘的边缘后在中央叠加形成的,在亮斑的周围有一个大的影区,在影区的边沿有明暗相间的圆环.圆孔衍射,圆孔衍射形成的图样也是明暗相间的同心圆环,中央是明亮的.
3.(多选)某同学以线状白炽灯为光源,利用游标卡尺两测量脚形成的狭缝观察光的衍射现象后,总结出以下几点,你认为正确的是( )A.若狭缝与灯泡平行,则衍射条纹与狭缝平行B.若狭缝与灯泡垂直,则衍射条纹与狭缝垂直C.衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关D.波长越小,衍射条纹间距越大
解析:若狭缝与线状白炽灯平行,则衍射条纹与狭缝平行且现象明显;若狭缝与灯泡垂直,则观察不到明显的衍射现象.衍射条纹的疏密程度与狭缝宽有关,狭缝宽越小,条纹越疏;波长越长,条纹间距越大.选项A、C正确,选项B、D错误.
4.(多选)抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上同样宽度的窄缝时产生的条纹分布规律相同.观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化.下列叙述正确的是( )
A.这里应用的是光的衍射现象B.这里应用的是光的干涉现象C.屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗D.屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细
解析:激光束越过细丝即绕过障碍物,这是光的衍射现象.当抽制的丝变细,即障碍物的尺寸变小的时候,条纹变宽.选项A、D正确.
5.如图所示,甲、乙两图是由单色光分别入射到不同圆孔而形成的图像,其中甲图是光的　　　　(选填“干涉”或“衍射”)图像.由此可以判断出甲图所对应的圆孔的孔径　　　　(选填“大于”或“小于”)乙图所对应的圆孔的孔径. 
解析:根据甲图中图像的特点可知甲图为单孔衍射的图像.乙图中只有一个圆形亮斑,周围没有衍射条纹说明乙图所对应的情形中没有发生明显衍射,说明孔的尺寸比波长大得多.