第四章：第5節(jié)光的衍射高中物理選擇性必修第一冊主講老師：陳慶威目錄CONTENT高中物理選擇性必修第一冊光的衍射衍射光柵溫故知新01.高中物理選擇性必修第一冊問題1:什么是波的衍射現(xiàn)象？問題2:發(fā)生明顯衍射的條件是什么？波在它傳播的方向上遇到障礙物或孔時，波繞到障礙物陰影里去繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的衍射.障礙物或孔的尺寸跟波長差不多或比波長小。新課引入02.高中物理選擇性必修第一冊

既然光也是一種波，那么應(yīng)該也會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象？為什么平時我們看到的光是沿的直線傳播的？S光的衍射第一部分光的衍射01.高中物理選擇性必修第一冊

在擋板上安裝一個寬度可調(diào)的狹縫，縫后放一個光屏。用單色平行光照射狹縫，我們看到，當(dāng)縫比較寬時，光沿著直線通過狹縫，在屏上產(chǎn)生一條與縫寬相當(dāng)?shù)牧翖l紋。但是，當(dāng)縫調(diào)到很窄時，盡管亮條紋的亮度有所降低，但是寬度反而增大了，而且還出現(xiàn)了明暗相間的條紋。1.光離開直線傳播路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射現(xiàn)象。2.衍射時產(chǎn)生的明暗條紋叫衍射圖樣。思考：如何讓衍射現(xiàn)象更明顯呢？明顯衍射的條件02.高中物理選擇性必修第一冊光的明顯衍射條件：障礙物或孔的尺寸小于波長或者和波長差不多。問題與思考03.高中物理選擇性必修第一冊

聲音的波長比光的波長大的多，更容易發(fā)生明顯衍射，即更容易繞過障礙物向前傳播。為什么平時隔墻可以聽見別人的聲音卻看不到人？思考：各種顏色的光波衍射圖像一樣嗎？單縫衍射條紋04.高中物理選擇性必修第一冊1.條紋不等間距；2.中央條紋亮而寬；3.兩側(cè)條紋較暗較窄，對稱分布；紅光

單縫寬0.8mm紅光

單縫寬0.4mm4.波長一定時，單縫越窄，現(xiàn)象越明顯。單色光單縫衍射圖樣的特點(diǎn)：單縫衍射圖樣特點(diǎn)05.高中物理選擇性必修第一冊1.單縫不變時，波長大的中央亮紋越寬，條紋間隔越大(衍射越明顯)2.白光的單縫衍射條紋為中央亮,兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色．紅光

單縫寬0.4mm雙縫干涉與單縫衍射條紋比較06.高中物理選擇性必修第一冊干涉：等距的明暗相間的條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱較慢。衍射：中央有一條較寬亮條紋，兩邊是對稱明暗相間的條紋，亮條紋的亮度向兩邊減弱得很快。圓孔衍射07.高中物理選擇性必修第一冊高中物理選擇性必修第一冊圓孔衍射108.AS1.孔較大時——屏上出現(xiàn)清晰的光斑幾乎沿直線傳播高中物理選擇性必修第一冊2.孔較小時——屏上出現(xiàn)衍射花樣（亮暗相間的不等間距的圓環(huán)，這些圓環(huán)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了光沿直線傳播所能照明的范圍）原因:來自單縫或圓孔上不同位置的光，在屏上疊加的結(jié)果.以中央最亮的光斑為圓心的逐漸變暗的不等距的同心圓09.圓孔衍射2問題與思考10.高中物理選擇性必修第一冊光是否可以繞過障礙物呢，跑到影子里面去呢？

光遇到不透明的障礙物會出現(xiàn)什么情況呢？高中物理選擇性必修第一冊泊松亮斑11.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，歷史上曾有一個著名的衍射圖樣——泊松亮斑．實(shí)驗(yàn)：在光束中放一個不透明圓盤現(xiàn)象：在不透明圓盤的陰影后面，出現(xiàn)了一個亮斑。泊松亮斑中心有小亮斑科學(xué)漫步——泊松亮斑趣事12.高中物理選擇性必修第一冊1818年，法國的巴黎科學(xué)院為了鼓勵對衍射問題的研究，懸賞征集這方面的論文。一位年輕的物理學(xué)家菲涅耳在論文中按照波動說深入研究了光的衍射。當(dāng)時的另一位法國科學(xué)家泊松是光的波動說的反對者，他按照菲涅耳的理論計(jì)算了光在圓盤后的影的問題，發(fā)現(xiàn)對于一定的波長、在適當(dāng)?shù)木嚯x上，影的中心會出現(xiàn)一個亮斑！泊松認(rèn)為這是荒謬可笑的，并認(rèn)為這樣就駁倒了光的波動說。但是，就在競賽的關(guān)鍵時刻，評委阿拉果在實(shí)驗(yàn)中觀察到了這個亮斑（圖），這樣，泊松的計(jì)算反而支持了光的波動說。后人為了紀(jì)念這個有意義的事件，把這個亮斑稱為泊松亮斑，也稱為阿拉果亮斑。高中物理選擇性必修第一冊泊松亮斑13.圓孔衍射與圓盤衍射14.高中物理選擇性必修第一冊不同點(diǎn)：③圓孔衍射的背景是黑暗的,而圓盤衍射圖樣中的背景是明亮的。②圓孔衍射亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而增大,圓盤衍射亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減??；圓孔衍射圓盤衍射相同點(diǎn)：均是明暗相間的光環(huán),中心均有亮斑①圓孔衍射中心亮斑較大,而泊松亮斑較小；光的衍射現(xiàn)象15.高中物理選擇性必修第一冊不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊不清，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的結(jié)果．圓屏衍射圓孔衍射鋼針的衍射衍射光柵第二部分衍射光柵01.高中物理選擇性必修第一冊1.結(jié)構(gòu)由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學(xué)儀器．2.衍射圖樣特點(diǎn)與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加．透射光柵反射光柵衍射光柵01.高中物理選擇性必修第一冊高中物理選擇性必修第一冊科學(xué)漫步——X射線衍射與雙螺旋03.晶體中原子的排列是規(guī)則的，原子間距與X射線波長接近。這使得X射線照射在晶體上會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。衍射圖樣中斑點(diǎn)的強(qiáng)度和位置包含著有關(guān)晶體的大量信息。因此，人們可以利用X射線衍射探測晶體的結(jié)構(gòu)（圖）。X射線晶體衍射實(shí)驗(yàn)示意圖高中物理選擇性必修第一冊科學(xué)漫步——X射線衍射與雙螺旋04.1912年，德國科學(xué)家勞厄觀測到了這種衍射現(xiàn)象。在當(dāng)時人們并不確信X射線是一種電磁波，也不確信晶體是由周期性排列的原子組成的。勞厄的觀測，同時證實(shí)了X射線的波動性和晶體內(nèi)部的原子點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，被愛因斯坦譽(yù)為物理學(xué)中最美的實(shí)驗(yàn)。勞厄因此獲得了1914年諾貝爾物理學(xué)獎。之后，英國物理學(xué)家布拉格父子深入研究了利用X射線測量和分析晶體結(jié)構(gòu)的方法。他們的工作奠定了這一技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)，為此，布拉格父子共同獲得了1915年諾貝爾物理學(xué)獎。今天，X射線衍射已經(jīng)成為人們探測晶體和大分子結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)手段之一，被廣泛應(yīng)用于物理學(xué)和生物學(xué)等許多領(lǐng)域。這一技術(shù)所帶來的最重要成果之一，就是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。高中物理選擇性必修第一冊科學(xué)漫步——X射線衍射與雙螺旋05.

在20世紀(jì)50年代，生物學(xué)家已經(jīng)知道DNA是細(xì)胞中攜帶遺傳信息的物質(zhì)，下一步就是要搞清楚DNA的結(jié)構(gòu)，從而確定它的化學(xué)作用。從1951年開始，英國物理學(xué)家威爾金斯和富蘭克林研究了DNA對X射線的衍射，獲得了一系列DNA纖維的X射線衍射圖樣（圖）。英國卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（主任為小布拉格）的美國生物學(xué)家沃森和英國生物學(xué)家克里克則根據(jù)這些數(shù)據(jù)提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。這是生物學(xué)史上劃時代的事件。它宣告了分子生物學(xué)的誕生，標(biāo)志著生物學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了分子水平。沃森、克里克和威爾金斯因此獲得了1962年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。課堂小結(jié)第四部分課堂小結(jié)高中物理選擇性必修第一冊圓盤衍射光的衍射圓孔衍射明顯衍射條件：縫的尺寸接