高中物理-光的衍射
高中物理 第二章 光的衍射
sin d ds rkdrk 2R 2 sin d R(R r0 )
而
cos R2 (R r0 )2 rk2
2R(R r0 )
有 ds 2Rdrk
rk R r0
∵ rk
drk 2
∴ Sk R C
rk R r0
∴ ak K (k )
（3）、不用光阑
k
A
a1 2Βιβλιοθήκη 二、圆屏衍射圆屏足够小，只遮住中心带的一部分，则光看起来可完全绕过它， 除圆屏影子中心有点亮外没有其它影子。设圆屏遮蔽了开始的k个带。
P点： 可见，A圆屏ak几1 何影子的中心永远有光，圆屏作用能使点光源造成
2
实象，像会聚透镜一样。
三.菲涅耳波带片 1）、菲涅耳波带片：只让奇数或偶
a5 ) 2
ak 1 2
ak
1 2
(a1
ak
)
综上所述：
Ak
1 2
(a1
ak )
K为奇数取‘＋’，k为偶数取‘－’
用振动矢量叠加法
K为奇数
K为偶数
说明：
１．圆孔中露出半波带数目(k不是很大)
K为奇数， A
1 2
(a1
ak
)
a1
P为亮点
K为偶数，
A
1 2
(a1
∴
ak
1 2
[ak
1
ak1]
K为奇数：
Ak
a1 2
( a1 2
a2
a3 ) ( a3 22
a4
高中物理 第四章光的衍射
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。
高三物理光的衍射
激 光 束 调节狭 缝宽窄
像 屏
取一个不透光的屏， 在它的中间装上一个 宽度可以调节的狭缝， 用平行的单色光照射， 在缝后适当距离处放 一个像屏 ．
光的衍射
一、光的衍射
1、光的衍射：
光离开直线路径绕过障碍物阴影里 去的现象叫做光的衍射现象。
2、明显衍射的条件
障碍物或狭缝的尺寸比波长小或者跟 波长相差不多 3、物理意义： 光的衍射现象证明光是一种波
3、干涉条纹与衍射条纹的区别
干涉：等距的明暗相间的条纹，亮条纹的亮 度向两边减弱较慢。
衍射：中央有一条较宽亮条纹，两边是对称明暗 相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱得很快。
（双缝）干涉图样 双缝间距越小，条纹间距越大 （单色光）波长越小，条纹间 距越小 （单缝）衍射图样 单缝宽度越小，条纹间距越大 （单色光）波长越小，条纹间 距越小
有办法,不会是胡扯の.女人笑了笑说："你能不能别总在心里,称姐姐咱为‘这女人’‘这女人’の吗?叫姐姐.""呃."根汉面色微怔,女人哼道："怎么你不愿意叫?""好吧,姐姐,咱の亲姐姐."根汉马上就叫得热乎起来了,这节草又不能当饭吃,现在这时候,如果能改变自己の体质,让自己老婆 们能生孩子,这才是最重要の."你小子真是没脸没皮の."女人知道他心中所想,笑着说："要想改变你の体质,也不是没有办法,只不过需要壹些东西,要将你原本这副躯体中の那些残留の碎片给清除掉.""残留の碎片?什么碎片?"根汉感觉有些诧异："咱怎么壹点也没有感觉到?"都到了绝强者 之境了,现在哪里还有以前の那个根汉の元灵碎片,早就被根汉给化解掉了,壹点残留都没有了,其实早就去除了."哼哼,你小子把事情想の这么简单呢.&#
高二物理人教版课件：光的衍射
二.X射线衍射与双螺旋
二.X射线衍射与双螺旋
例1.用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时，在光
屏上得到衍射图形，它们的特征是（ B ）
A．用小圆盘中央是暗的，用小圆孔中央是亮的 B．中央均为亮点的同心圆形条纹 C．中央均为暗点的同心圆形条纹 D．用小圆盘中央是亮的，用小圆孔中央是暗的
例2.(多选)关于光的衍射现象,下面说法正确的是（ AC）
一.光的衍射 1.单缝衍射 条纹特点：
①中央宽（亮）两边窄 （暗）、明暗相间
②波长一定时，单缝越窄， 中央亮纹越宽
③缝宽一定时，波长越大， 中央亮纹越宽
④白光的单缝衍射条纹中央 为亮纹且外侧呈红色,两侧 边缘为彩色条纹．这是衍射 中的色散现象。
红光单缝宽0.8mm
红光双缝间距0.18mm
红光单缝宽0.4mm
红光双缝间距0.36mm
蓝光单缝宽0.4mm
蓝光双缝间距0.36mm
白光单缝宽0.4mm
白光双缝间距0.36mm
单缝衍射双缝干涉图样对比分析
一.光的衍射 2.圆孔衍射
实验装置： 在挡板上安装一个大小可调的小孔， 孔后放一个光屏。用单色平行光照 射狭缝。
实验现象： 当孔从到大到小调节，直至小孔消 失，光屏上依次出现：亮斑小孔 成像明暗相间衍射条纹衍射现 象越来越明显但越来越暗条纹消 失。孔越小，衍射现象越明显。
高中物理精品PPT课件光的衍射
【思考】光的衍射图样为什么形成亮暗相间的条纹？
4.成因：由于来自单缝上不同位置的光，通过缝之后 叠加时加强或削弱的结果。 5.单色光的单缝衍射和双缝干涉图样对比
红光
红光
（1）单缝衍射条纹是不等间距的明暗相间条纹， 中央亮纹宽且亮，两侧条纹变窄、变暗 （2）双缝干涉条纹是等间距的明暗相间条纹
二、圆孔衍射
钢针的衍射
圆孔衍射
圆屏衍射
一、单缝衍射
【实验】
1.图样特征（单色光） （1）中央亮纹宽而亮。 红光的单缝衍射条纹
（2）两侧条纹具有对称性，亮纹宽度变窄、亮度变暗。
观察比较下列衍射图样，分析衍射规律：
2.衍射图样的决定因素
（ 1 ）波长一定时，单缝越窄的中央亮纹越宽，各 条纹间距越大． （2）单缝宽度一定时，光波波长越长，中央亮纹 越宽，条纹间隔越大． 3.图样特征（白光） 中央为白色亮条纹，两侧为彩色央圆形亮圆
三、光的衍射
1.定义：光离开直线传播的路径绕到障碍物阴影里 去的现象
2.光发生明显衍射的条件： 障碍物或孔的尺寸可以跟光波的波长相比， 甚至比光波的波长还小
四、圆板衍射
不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能 使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原 因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．历史 上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．
光的衍射
【问题】光的干涉现象证实了光是一种波，那么
除了干涉现象，光还能发生什么现象呢？ 复习回顾 1.波的衍射：波能够绕过障碍物继续传播的现象
【思考】在日常生活中为什么很难观察到光的发生
明显的衍射现象？
2.波发生明显衍射的条件： 障碍物或孔的尺寸比波长小或者与波长相差不多
【思考】如何才能观察光的衍射呢？
高中物理：光学-光的衍射
高中物理：光学-光的衍射光的衍射是光学中的经典知识点，其在多个领域都有着广泛的应用，例如显微镜、天文望远镜等。
本文将详细介绍光的衍射的基本概念、衍射定理、夫琅禾费衍射以及常见的实验方法。
一、光的衍射的基本概念光的衍射是指光通过一个孔或者通过物体表面的缝隙后，光波会扩散成为一组新的光波，这种现象被称为光的衍射。
在光的衍射中，光波会形成一些明暗交替的区域，这些区域被称为衍射图样，其形状和孔或者缝隙的大小和形状有关。
二、衍射定理衍射定理是光学中最重要的定理之一，它是描述从一个孔或者一个光源丝的发射的光经过另一个孔或者缝隙后产生的光的波前的变化情况。
衍射定理可以用来计算衍射图案的形状，以及通过使用光的衍射图案来确定物体的大小和形状。
衍射定理的公式如下所示：sinθ = nλ/d其中，θ是衍射角，n是衍射序数，λ是光的波长，d是孔或者缝隙的宽度。
三、夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射是一种典型的衍射现象，它是一种发生在单缝或双缝上的衍射现象。
夫琅禾费衍射的衍射图样是一组纵向的亮暗条纹。
夫琅禾费衍射的公式如下所示：dsinθ = nλ其中，d是缝隙的大小，θ是衍射角，n是衍射序数，λ是光的波长。
四、实验方法实验方法是研究光的衍射现象的重要手段。
常见的光的衍射实验方法包括单缝衍射实验、双缝干涉实验、格点衍射实验等。
（1）单缝衍射实验单缝衍射实验是研究光的衍射现象的最简单的实验方法之一，它可以通过一个狭窄的孔洞使光波扩散成为一个圆形的波前来观察光的衍射现象。
（2）双缝干涉实验双缝干涉实验是研究光的干涉现象的重要实验方法，它可以通过两个狭缝使光波扩散成为一组具有干涉现象的亮暗条纹。
（3）格点衍射实验格点衍射实验是一种研究光的衍射现象的实验方法，它可以通过一个光栅来使光波扩散成为一组具有规律的亮暗条纹。
五、练习题1. 一束波长为500nm的光穿过一个宽度为0.3mm的单缝后，经过距离1m的观察屏时，其衍射图样的第五个主极大的位置距离中心线的距离是多少？参考答案：0.30mm2. 光通过一组双缝（缝距为0.1mm，缝宽为0.05mm），在距离屏幕40cm处出现了一组亮暗条纹。
高中物理-选修3-4-《光的衍射》PPT课件
四、双缝干涉与单缝衍射的比较.
15
【课堂训练与检测】 见学案“典题分类剖析”
【作业布置】 1、见学案“课后演练提升” 2、见学案“课时作业”
.
16
1、单缝衍射 1)单缝衍射现象
用平行光照射狭缝，在屏上产生一条与缝 宽相当的亮条纹。但是，当缝调到很窄时， 尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反 而增大了。
激
调 节
光
狭
束
缝
宽
窄
.
像屏
5
2)图样特征 (1)单色光的衍射条纹？ 亮暗相间，中央条纹亮度大; 分布不均匀，中央条纹宽度大; (2)白光的衍射条纹？ 中间是白色亮条纹，两边是彩色条纹;
不 同 点
条纹 距离
条纹 间距
条纹宽度相等 各相邻条纹等间距
条纹宽度不等， 中央最宽
各相邻条纹间距 不等
衍 射 的
亮度
清晰条纹，亮度基 本相等
中央条纹最亮， 两边变暗
比 较
相同点
波特有的现象，属于波的叠加； 都有明暗相间的条纹
.
14
【课堂小结】
一、产生明显衍射现象的条件——
障碍物或孔的尺寸跟波长相近或者比光的波长还要小
(其中最靠近中央的色光是紫色，最远离中央的 是红光)
.
6
1)缝越窄，亮纹的亮度_降__低___，
但条纹宽度__变_宽___。
2)入射光的波长越短，条纹宽度__越_窄___。
.
7
2、圆孔衍射
1)圆孔衍射现象
S
用点光源照射圆孔，
在屏上产生一个圆形
亮斑。但是，当圆孔
缩小到一定程度时，
光所达到的范围会远
远超过它沿直线传播
高中物理 第十三章光的衍射
14
各半波带的面积相等，各波带上的子波源的数目也相等。所以相邻两带在P点
振动的贡献相互削弱，即为相消干涉。
A
A1
a
A2
A3
B
2
P
O f
故在给定的衍射角中，若BC刚好截成偶数 则P点为相消干涉而出现暗纹；
个半波带，
则P点为相长干涉而出现亮纹(多余的一个半
若BC刚好截成奇数个半波带，
波带不能被抵消);
平行衍射光在焦平面上相干汇聚
每一束平行光经透镜L2汇聚后，聚焦于L2焦平面上的一点。 对同一束平行光而言，它们来自同一波前上的各个子波，因 此满足相干条件。
12
每一束平行光都在光屏上进行相干叠加，其相干叠加后的振幅， 则由他们的光程差决定。
显然，对于 =0的一束，其中每条光线的光程都相等，因而叠 加结果相互加强，即为中央亮纹。
一、单缝夫琅禾费衍射
1、装置和现象
E
L1
L2
S
a A
Df
L1、 L2 缝宽a
透镜 A：单缝
E：屏幕
缝屏距D（L2之焦距f）
中央 明纹
9
夫朗禾费单缝衍射图样是一组与狭缝平行的明暗相间的条纹，其中中央条纹 最亮最宽。
10
2、惠更斯－菲涅耳原理分析衍射过程
平行衍射光的获得
设平行入射光垂直投射到缝K上，其波前与 缝平面AB重合。按惠更斯原理，波前上的每 一点都可看成发射球形子波的波源，而每个 子波源都可以向前方各个方向发出无穷多束 光线，统称为衍射光，如图中A点的1，2， 3…光线都是衍射光线。
O
每个子波源所发出的沿同一方向的平行光构 成了一束平行衍射光。
如光线系1，光线系2，…等构成无穷多束 平行衍射光。
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做一做
使太阳光垂直照射到一块遮光板上，板上 有可以自由收缩的正方形孔，孔的后面放置一 个光屏，在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程 中，光屏上依次可以看到几种不同的现象，试 把下列现象依次排列： A．圆形光斑 B．明暗相间的彩色条纹 C．变暗消失 D．正方形光斑 E．正方形光 斑由大变小
做一做
找一根鸡翅膀上的羽毛，鹅、鸭的翎毛也可以， 最好是白色的。白天隔着羽毛观太阳，或在 晚上拿羽毛去看1m外的白炽灯，可以观察到 衍射图样。羽毛上细密的羽丝充当了衍射光 栅栏。
用两支铅笔夹成一条狭缝，将眼睛紧贴着狭缝 与日光灯管或其他线状光源平行，你会观察 到什么现象？
光的衍射
一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传 到阴影区域，能够发生明显衍射的条件 是障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长 差不多．
光的衍射
• 单缝衍射 • 圆孔衍射 • 圆盘衍射 • 衍射光栅 • 遇障碍物较大物体的衍射
单缝衍射
（1）中央亮纹宽而亮． （2）两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．
单缝衍射
练习三
关于衍射下列说法正确的是 A．衍射现象中衍射花样有暗条纹的出现 是光的叠加的结果 B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象 C．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的 客观事实 D．一切波都可以产生衍射
练习四
以下关于光现象的说法正确的是 ( ) A．一个面光源发出的光经较大的障碍物后在 屏上的影有本影和半影，这是光发生衍射的结果 B．把两支铅笔捏紧，通过中央的细缝去观察日 光灯，会看到彩色条纹，这是光发生衍射的结果 C．白光通过单缝衍射时，偏离中央亮纹最远 的是红光 D．一束平行白光经凸透镜折射后，在其后的 屏上也会看到彩色的亮环，这是光发生衍射的结 果
不同缝宽的单缝衍射 不同波长的单缝衍射
单缝衍射的条纹特点
1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间 距大．
2、单缝不变时，光波越长的（红光）中央亮 纹越宽，条纹间隔越大．
3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央白色条纹， 两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源 的内侧为紫色．
明
圆孔衍射
暗
相
间
的
间
距
不
等
的
同
心
圆
环
明暗相间的间距不等的同心圆环，中心有一 “泊松亮斑”．
圆 盘 衍 射
衍射光栅
单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央条纹 较远处的条纹亮度也很低；增加狭缝的个数， 衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。
双缝干涉和单缝衍射
光的干涉现象和衍射现象都是光具有波动性的有 力的实验证据．它们都是由于光的叠加而产生 的，但两者的条纹却有如下区别：双缝干涉的 条数较多，明(或暗)条纹的间距相等，各亮条 纹的亮度差别较小；单缝衍射的条纹的条数较 少，明(或暗)条纹的间距不等，中央亮条纹最 亮最宽，两侧亮条纹较暗较窄．
练习一
下列现象属于干涉现象的是______，属于衍射 现象的是_______，属于折射色散现玻璃板可看到彩色花纹 D．透过绸布看灯光可看到花纹
E．眯起眼睛看灯丝，灯丝被拉长
F．通过放大镜看物体，物体的边缘是彩色 的．
练习二
在用单色平行光照射单缝以观察衍射现象 时，下面说法正确的是 A．缝越窄，衍射现象越明显 B．缝越宽，衍射现象越明显 C．照射光的波长越短，衍射现象越明显 D．照射光的波长越长，衍射现象越明显