高中物理 光的衍射
高考光的衍射知识点
高考光的衍射知识点光的衍射是光波在经过一定障碍物后发生偏折和扩展的现象。
这一现象在高考物理中属于较为复杂和深入的知识点，需要掌握一定的理论和实践技巧。
本文将介绍光的衍射的一些基本知识点和应用。
一、光的波动性和衍射现象光既具有粒子性，又具有波动性。
当光波遇到障碍物时，发生衍射现象。
光的波动性使得光可以经过细小缝隙或者射向物体的边缘，从而产生各种衍射现象。
光的波动性可以帮助我们解释光的干涉、衍射和散射等现象，这些现象在现实生活中随处可见。
二、衍射的条件光波要发生衍射，需要满足一定的条件。
首先，光的波长必须与障碍物的尺寸相当或者比障碍物的尺寸大。
其次，光波必须以直线传播，并遇到有限尺寸的障碍物。
最后，观察者对衍射光的位置和强度都有一定要求。
三、单缝衍射当光波通过一道很窄的缝隙射向屏幕时，会出现单缝衍射现象。
这时，光波会传播到达前方的屏幕上，形成一组交替出现的明暗条纹。
这些条纹称为干涉条纹，其间隔和亮暗程度与缝隙的宽度和光的波长有关。
通过分析干涉条纹的出现和变化，可以推测出光波的波长和缝隙的宽度。
四、双缝衍射在实际应用中，常常通过双缝来研究光的衍射现象。
双缝衍射可以帮助我们更好地理解光的波动性质。
当光波通过双缝射向屏幕时，会在屏幕上形成一组交替出现的亮暗条纹。
这些条纹与缝隙的间距和宽度、光波的波长以及光源到缝隙的距离等因素密切相关。
通过观察和实验，可以得到一些与衍射现象相关的公式，如夫琅禾费衍射公式等。
五、光的衍射应用光的衍射不仅在物理学研究中具有重要意义，也在实际生活和工程技术中得到广泛应用。
例如，用于制造CD、DVD、薄膜等光盘介质的激光技术、天文学中的天线衍射等等。
光的衍射还有助于研究和开发更为先进的光学仪器和材料。
总结：光的衍射是一门复杂而深入的物理学知识，掌握了它可以帮助我们更好地理解光的波动性质和光学现象。
通过学习光的衍射，我们可以更好地理解光的行为并应用于实践中。
希望这篇文章对大家理解和学习光的衍射有所帮助。
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。
高中物理：光的衍射
高中物理：光的衍射
【知识点的认识】
一、光的衍射
1．光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象叫光的衍射．
2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象．
3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环）．
4．常见的衍射现象有单缝衍射，圆孔衍射和泊松亮斑等．
5．单缝衍射图样特点：若是单色光，则中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹，其亮度和宽度依次减小；若是白光则中央为白色亮条纹，且最宽最亮，两边为彩色条纹．
【解题方法点拨】
衍射与干涉的比较
两种现象
比较项目
单缝衍射双缝干涉
不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最
宽
条纹宽度相等
条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距
亮度情况中央条纹最亮，两边变
暗条纹清晰，亮度基本相
等
相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；
干涉、衍射都有明暗相间的条纹
（1）白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．
（2）区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．
2．干涉与衍射的本质：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或
多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．。
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。
光的衍射高中物理课件
01
海市蜃楼
由于光的折射和全反射，远处的景物在地面上形成虚像，有时也会因为
衍射而产生彩色幻影。
02
星光闪烁
星光在穿过大气层时，受到空气密度、温度等因素的影响，发生衍射和
干涉，使得星光看起来闪烁不定。
03
露珠上的彩色光环
露珠相当于一个凸透镜，阳光穿过露珠时会发生折射、反射和再折射的
光学过程，形成彩色光环。此外，露珠表面的微小结构也会导致光的衍
衍射的种类和特点
衍射分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。菲涅尔衍射是光波在近场区域的衍射，表现为光波前的弯曲；夫琅禾 费衍射是光波在远Байду номын сангаас区域的衍射，表现为明暗相间的衍射图样。
衍射光栅的原理和应用
衍射光栅是一种具有周期性结构的光学元件，能够使入射光发生衍射，形成多个不同方向的光束。衍射光栅 在光谱分析、光学测量等领域有广泛应用。
分类
根据障碍物或孔的尺寸与光波长 的关系，可分为明显衍射和不明 显衍射。
衍射原理及波动性质
衍射原理
光具有波动性，遇到障碍物或小孔时，会绕过障碍物继续传 播。
波动性质
光波具有振幅、频率、波长等波动特性，这些特性决定了光 的衍射行为。
光源、波长与衍射关系
光源
不同光源发出的光波长不同，波长越 短，衍射现象越不明显。
通信技术中的衍射现象
在光纤通信和无线通信中，光的衍射现象会影响 信号的传输质量和范围。通过研究光的衍射特性 ，可以优化通信系统的设计和性能。
材料科学中的衍射分析
在材料科学领域，利用X射线、中子束等物质的衍 射现象，可以分析材料的晶体结构、化学成分等 信息。这对于新材料的研发和性能优化具有重要 意义。
单缝衍射实验
高中物理光的衍射知识点复习
高中物理光的衍射知识点复习光学衍射现象是光在传播过程中出现的一种波动状态。
这部分内容在《光学》中比较抽象，学生学习起来比较困难。
下面店铺给大家带来高中物理光的衍射知识点，希望对你有帮助。
高中物理光的衍射知识点(1)光的衍射现象光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象，叫光的衍射。
光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。
小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象。
(2)衍射现象的特点：①光束在衍射屏上的某一方位受到限制，则远处屏幕上的衍射强度就沿该方向扩展开来。
②若光孔线度越小，光束受限制得越厉害，则衍射范围越加弥漫。
理论上表明光孔横向线度与衍射发散角Δ之间存在反比关系。
(3)产生条件由于光的波长很短，只有十分之几微米，通常物体都比它大得多，所以当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，可以清楚地看到光的衍射。
用单色光照射时效果好一些，如果用复色光，则看到的衍射图案是彩色的。
(3)衍射图样①单缝衍射：中央为亮条纹,向两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同.白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是紫光,最远离中央的是红光.②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环.③泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影中心出现的亮斑,这是光能发生衍射的有力证据之一。
(4)衍射应用光的衍射决定光学仪器的分辨本领。
气体或液体中的大量悬浮粒子对光的散射，衍射也起重要的作用。
在现代光学乃至现代物理学和科学技术中，光的衍射得到了越来越广泛的应用。
衍射应用大致可以概括为以下四个方面：①衍射用于光谱分析。
如衍射光栅光谱仪。
②衍射用于结构分析。
衍射图样对精细结构有一种相当敏感的“放大”作用，故而利用图样分析结构，如X射线结构学。
③衍射成像。
在相干光成像系统中，引进两次衍射成像概念，由此发展成为空间滤波技术和光学信息处理。
光瞳衍射导出成像仪器的分辨本领。
④衍射再现波阵面。
这是全息术原理中的重要一步。
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。
高中物理-光的衍射
〖干涉和衍射归纳高中物理-光的衍射〗 等间距不等间距，∆x =λdl：d 越小，∆x 越大单缝越窄，条纹展开越宽∆x =λdl：λ越小，∆x 越小λ越小，中央亮纹越窄没有公式注：红光波长最大，紫光波长最小。
思考题：1.干涉、衍射都要产生明暗相间的条纹，它们究竟有什么区别?答：干涉图样是等间距条纹，衍射图样是中间宽、两边窄，对称分布的条纹。
干涉、行射都是波的叠加现象。
从本质上讲，两者并无区别。
区分干涉、衍射，是一种习惯说法，一般来说，双缝图样叫干涉，单缝或多缝图样叫衍射。
2．为什么在日常生活中，声波的衍射比光波更显著？答：可闻声波的波长范围是1.8cm ~ 18m ，和障碍物尺寸相近，容易发生衍射；可见光波长范围是400nm-760nm ，障碍物尺寸往往比光的波长大得多，所以不容易发生衍射。
只闻其声不见其人，物理本质就是声波容易衍射，光波不容易衍射。
〖思考与讨论~P59〗发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）测尺寸比波长小或跟波长差不多。
日常生活中的物体，跟可见光的波长（400nm-760nm ）比，尺寸较大，所以衍射不明显，更多是呈现“沿直线传播”。
其实，也不是观察不到光的衍射，而是大部分人即使是观察到了也并没有在意。
〖做一做~P60、61〗用激光笔做单缝衍射实验如果家里有激光笔一定要做一做这个实验，能增加你对衍射的感性认识。
做的时候注意做好防护，尤其注意激光不要直接照射眼睛。
如果你做成了，拍下照片发到我们的教学班级群里。
用羽毛做光栅衍射实验能找到羽毛、翎毛是最好的（拆鸡毛掸子？）。
如果没有，还可以寻找替代品，比如纱巾，总之就是密集多缝或多孔的东西就行。
也有人眯缝眼睛，从上下眼睫毛交错构成的许多小缝隙中看灯光，也能看到彩色的衍射花样，没看到也不强求，但一定要注意保护好眼睛。
〖问题与练习~P4〗1．会观察到明暗相间的彩色条纹，因为当两支铅笔夹成的狭缝与光波波长接近时，会发生光的衍射现象。
说明1:也可以用两把直尺重叠并压紧后，对着日光灯观察光的衍射现象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光的衍射
一、教学目标
1．认识光的衍射现象，使学生对光的波动性有进一步的了解．
2．了解光产生明显衍射的条件，及衍射图样与波长、缝宽的定性关系．
3．通过观察实验培养学生观察、表述物理现象，概括其规律特征的能力，学生亲自做实验培养学生动手的实践能力．
4．通过对“泊松亮斑”的讲述，使学生认识到任何理论都必须通过实践检验，实验是检验理论是否正确的标准．
二、重点、难点分析
1．通过众多的光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性．2．光的衍射现象与干涉现象根本上讲都是光波的相干叠加．
3．正确认识光发生明显衍射的条件．
4．培养学生动手实验能力，教育学生重视实验，重视实践．
三、教具
1．演示水波衍射现象．
频率可调的振源，发波水槽及相应配件，水波衍射图样示意挂图．2．演示光的单缝、圆孔衍射现象．
光的干涉、衍射演示仪，激光干涉、衍射演示仪（及相关的配件），单丝白炽灯、红灯、蓝色灯，自制的单缝衍射片，光波圆孔衍射管，游标卡尺．
3．演示泊松亮斑，激光发生器，小圆屏．
四、主要教学过程
（一）引入
光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？
提出问题：什么是波的衍射现象？
演示水波的衍射现象，让学生回答并描述衍射现象的特征，唤起学生对机械波衍射的回忆，然后再举声波的衍射例子．指出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跟波长差不多．
水波、声波都会发生衍射现象，那么光是否也会产生衍射现象？若会产生，那么衍射图样可能是什么样呢？
（二）光的单缝衍射
（1）单缝衍射实验．
教师用光的干涉、衍射仪做单色光的单缝衍射，或用激光源来做单缝衍射实验．实验过程中展示缝较宽时：光沿着直线传播，阴影区和亮区边界清晰；减小缝宽，在缝较狭时：阴影区和亮区的边界变得模糊；继续减小缝宽光明显地偏离直线传播进入几何阴影区，屏幕上出现明暗相间的衍射条纹．
（2）简单分析衍射的形成．
展示衍射现象实验示意图，当光传播到狭缝时，可把狭缝S看成许许
多多个点光源，这些点光源发出的光在空间传播相遇叠加决定了屏幕上各点位置的明暗情况．
（3）单缝衍射条纹的特征．（单色光的衍射图样）
①中央亮纹宽而亮．
②两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．
（4）学生动手观察单缝衍射．
教师分发单缝衍射观察片，每片观察片刻有二条宽度不同的单缝．让学生通过单缝分别观察设在教室前、后的红色灯、蓝色灯的衍射现象；让学生仔细观察：①同一缝红色衍射条纹与蓝色衍射条纹是否有区别？
②同一种色光，单缝宽度不同衍射条纹是否有区别？
然后让学生通过单缝观察白炽灯的衍射图样．
引导学生分析归纳最后总结规律：
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，光波波长的（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亮两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
（三）光的圆孔衍射
（1）圆孔衍射实验．
教师用激光干涉衍射仪做圆孔衍射实验，实验过程中展示孔较大时，光沿直线传播，阴影区和亮区边界清晰，逐渐减小圆孔大小，当圆孔减小到一定程度时出现环状明暗相间同心圆的衍射图样．
（2）教师分发给学生手持“光波衍射”管，让学生将小孔对准教室前、后的红色灯光源、蓝色灯光源，观察圆孔衍射图样．
（3）教师用激光干涉衍射仪装上仪器配备的不同形状小孔，演示光的衍射现象；让学生观察、记录、描绘各式的衍射图样，让学生认识到光的衍射是一个极普遍的物理现象．
（四）演示：“泊松亮斑”．
教师向学生指出：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．（1）然后教师介绍这个一波三折的历史故事．
继而教师用激光干涉衍射仪中相应的配件演示“泊松亮斑”实验，让学生脑海中对“泊松亮斑”图样有深刻印象．
指出任何物理理论的正确与否都必须经过实验的检验，实验是检验理论的标准．
（2）让学生用自制的光波衍射管前端换上小圆屏并对准光源观察，在管内除看到光环外还可看到在不透明小圆屏背后阴影中心有一亮斑——泊松亮斑．
（五）课堂小结
1．光的衍射现象进一步证明了光具有波动性．
2．光的衍射现象是光偏离了直线传播方向绕到障碍物阴影区的现象，衍射光强按一定的规律分布，形成明暗相间的条纹，它的规律与缝宽、
孔的大小及光的波长有关．
3．对于光产生明显衍射的条件的认识，从上述的一系列衍射实验虽然单缝、小孔和小圆屏的尺寸比光波大得多，仍能看到极好的衍射现象，只是缝或孔的尺寸越小，衍射现象越明显，即障碍物尺寸是波长几百倍时，对光波来说，仍可认为衍射条件中的“差不多”．
实验证明，对波长为λ的光波来说，障碍物或孔的尺寸的数量级在103λ以上时，衍射现象不明显，可按直线传播处理；在102λ～10λ时，衍射现象显著，出现明暗相间的花样；在比波长λ还小时，衍射现象更
为明显．
4．光的衍射现象在日常生活中极普遍，鼓励学生用普通的其它材料，例如感应圈两极放电击穿纸片，薄纱……来观察衍射图样，加深对光波
动性的认识．。