光的衍射·知識點精解

1．衍射現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直線傳播路徑而進入陰影區(qū)里的現(xiàn)象，叫光的衍射。光的衍射和光的干涉一樣證明了光具有波動性。2．光產(chǎn)生明顯衍射的條件小孔或障礙物的尺寸比光波的波長小，或者跟波長差不多時，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。由于可見光波長范圍為4×10-7m至×10-7m之間，所以日常生活中很少見到明顯的光的衍射現(xiàn)象。任何障礙物都可以使光發(fā)生衍射現(xiàn)象，但發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是“苛刻”的。當障礙物的尺寸遠大于光波的波長時，光可看成沿直線傳播。注意，光的直線傳播只是一種近似的規(guī)律，當光的波長比孔或障礙物小得多時，光可看成沿直線傳播；在孔或障礙物可以跟波長相比，甚至比波長還要小時，衍射就十分明顯。【問題討論】(1)狹縫衍射讓激光發(fā)出的單色光照射到狹縫上，當狹縫由很寬逐漸減小，在光屏上出現(xiàn)的現(xiàn)象怎樣？當狹縫很寬時，縫的寬度遠遠大于光的波長，衍射現(xiàn)象極不明顯，光沿直線傳播，在屏上產(chǎn)生一條跟縫寬度相當?shù)牧辆€；但當縫的寬度調(diào)到很窄，可以跟光波相比擬時，光通過縫后就明顯偏離了直線傳播方向，照射到屏上相當寬的地方，并且出現(xiàn)了明暗相間的衍射條紋，紋縫越小，衍射范圍越大，衍射條紋越寬，。但亮度越來越暗。(2)小孔衍射如圖2-6所示，點光源S發(fā)出的光經(jīng)過小孔AB射到屏MN上。若圓孔AB的半徑由較大到很小變化光屏上接收到的圖形如何變化？當孔半徑較大時，光沿直線傳播，在屏上得到一個按直線傳播計算出來一樣大小的亮光圓斑；減小孔的半徑，屏上將出現(xiàn)按直線傳播計算出來的倒立的光源的像，即小孔成像；繼續(xù)減小孔的半徑，屏上將出現(xiàn)明暗相同的圓形衍射光環(huán)。(3)課本上說：“不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以致使影的輪廓模糊不清，”影的邊廓跟物體的邊緣有何關系？應是互相對應關系。影的輪廓模糊不清，是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的結果。刮胡須刀片的陰影模糊不清，是刀片邊緣衍射的結果，“泊松亮斑”的形成也是小圓板邊緣衍射的結果；游標卡尺兩測腳間的狹縫的尺寸，雖然可達光波波長的幾百倍(數(shù)量級比為10-4m比10-7m)，仍然能看到明顯的衍射條紋，也是由于光在卡尺兩測腳的邊緣發(fā)生衍射的結果。(4)雙縫干涉和單縫衍射的比較雙縫干涉和單縫衍射都是波疊加的結果。干涉是有限的幾束光的疊加，而衍射是極多且復雜的相干光的疊加。一般現(xiàn)象中即有干涉又有衍射，在研究雙縫干涉時如考慮狹縫的寬度就有衍射的問題。干涉和衍射的圖樣相類似，都是明暗相間的條紋。雙縫干涉中各明紋或暗紋的寬度基本相等，各明紋亮度基本相同，而衍射條紋寬度不等，中央明紋最寬，各明紋亮度也不同，中央亮紋最亮。3．光的衍射的應用①衍射光柵：光通過衍射光柵并隨光柵的縫數(shù)增加而變窄，變亮(衍射條紋的變化)，用它可較精確地測量光波的波長，還可以利用它產(chǎn)生分布均勻的光譜。②菲涅耳圓盤衍射：在中心產(chǎn)生一個亮斑?！纠?】用一單色光源垂直照射帶有圓孔的不透明光屏，下列幾種情況中，在小孔后面的光屏上各看到什么現(xiàn)象？(1)小孔的直徑為1cm．(2)小孔的直徑為1mm．(3)小孔的直徑為μm．【思路分析】小孔的直徑大小決定屏上現(xiàn)象。當孔的直徑較大，比光的波長大的多，此時光的衍射極不明顯，光沿直線傳播；當孔的直徑很小，可以與光波的波長相比擬時，光的衍射現(xiàn)象明顯?！窘忸}方法】明顯衍射、直線傳播的條件，幾何光學知識。【解題】(1)當圓孔的直徑為1cm時，在光屏上只能看到與圓孔形狀相同的亮斑。這是光沿直線傳播的結果。(2)當圓孔的直徑為1mm時，在光屏上能看到單色光源倒立的像，這是小孔成像，也是光沿直線傳播的結果。(3)當圓孔的直徑為μm時，在光屏上能看到衍射條紋。這是由于小孔尺寸與光波的波長差不多，光發(fā)生衍射的結果?！纠?】下面四種現(xiàn)象中，哪些不是光的衍射現(xiàn)象造成的：A．通過游標卡尺觀測兩卡腳間狹縫中發(fā)光的日光燈管，會看到平行的彩色條紋；B．不透光圓片后面的陰影中心出現(xiàn)一個亮斑；C．太陽光照射下，架在空中的電線在地面上不會留下影子；D．用點光源照射小圓孔，后面屏上會出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)?！舅悸贩治觥抗獍l(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的大小與光波長短相差不多，不符合這個條件，就不是衍射現(xiàn)象造成的結果?！窘忸}方法】光發(fā)生明顯衍射的條件，光的直線傳播、幾何知識?！窘忸}】因為游標卡尺是學生實驗觀察光的衍射現(xiàn)象，所以A肯定正確。B和D中都是典型的光的衍射現(xiàn)象，前者是泊松亮斑，后者是典