高中物理 光的衍射
高中物理《光的衍射 》课件
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
②白光的衍射：条纹中间为_□_0_8_白__色__条__纹____，两侧为__□0_9__彩__色_条__纹____。 (2)圆孔衍射：中间是大且亮的_□_1_0_圆__形__亮__斑____，周围分布着明暗相间的 __□1_1__同_心__圆__环____ ， 且 越 靠 外 ， 圆 形 亮 条 纹 的 亮 度 ____□1_2_越__弱______ ， 宽 度 ____□1_3__越__小_____。
(3)不透光的圆盘的衍射图样 ①中央是亮斑(泊松亮斑)。 ②周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。 3．单缝衍射与双缝干涉的比较
01课前自主学习
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03课后课时作业
01课前自主学习
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03课后课时作业
4．衍射光栅 (1)衍射光栅的结构：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元 件。 (2)衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 (3)衍射光栅的种类：反射光栅、透射光栅。
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提示
02课堂探究评价
提升训练
对点训练
课堂任务 光的衍射
1．对光的衍射的理解 (1)衍射现象和衍射条纹 ①衍射现象：光通过很窄的缝或很小的孔时，光没有沿直线传播，而是 绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。 ②衍射条纹特点：衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最 亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。
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(2)光产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或跟波长相差不多。 2．三种衍射图样的比较 (1)单缝衍射图样
高中物理光的衍射题解析
高中物理光的衍射题解析光的衍射是光的一种特性，指的是光通过一个孔或者绕过一个障碍物时发生的偏折现象。
在高中物理中，光的衍射是一个重要的考点，涉及到许多与衍射有关的题目。
本文将以具体的题目为例，分析解题思路和考点，并给出解题技巧，帮助高中学生更好地理解和应用光的衍射知识。
题目一：一束波长为500nm的单色光垂直照射到一个宽度为1mm的狭缝上，狭缝到屏幕的距离为2m，屏幕上出现了衍射条纹。
求出屏幕上相邻两条暗条纹之间的距离。
解析：这是一个光的单缝衍射问题。
首先，我们需要确定狭缝的宽度和屏幕到狭缝的距离。
根据题目给出的信息，狭缝宽度为1mm，屏幕到狭缝的距离为2m。
接下来，我们需要确定衍射条纹的特性。
在单缝衍射中，屏幕上会出现一系列的亮暗条纹，其中亮条纹对应着光的干涉增强，暗条纹对应着光的干涉抵消。
相邻两条暗条纹之间的距离可以用以下公式计算：d*sinθ = m*λ其中，d为狭缝宽度，θ为衍射角，m为暗条纹的级数，λ为光的波长。
根据题目给出的信息，波长为500nm，狭缝宽度为1mm，我们可以代入公式计算出衍射角θ。
si nθ = λ/d = 500nm/1mm = 0.5θ = arcsin(0.5) ≈ 30°接下来，我们需要确定相邻两条暗条纹之间的距离。
根据公式，我们可以计算出第一条暗条纹的级数m为1。
代入公式，我们可以得到：d*sinθ = m*λ1mm*sin30° = 1*500nm0.5mm = 0.5mm因此，相邻两条暗条纹之间的距离为0.5mm。
通过这个例题，我们可以看到，解决光的衍射问题需要确定狭缝宽度、屏幕到狭缝的距离以及光的波长。
同时，我们还需要了解光的衍射的特性，即亮暗条纹的形成原理。
掌握这些基本知识，并应用到具体的题目中，就能够解决光的衍射问题。
除了单缝衍射，还有其他形式的光的衍射问题，如双缝衍射、光栅衍射等。
解决这些问题的方法类似，只是需要根据具体的题目情况进行适当的变化。
《高中物理课件：光的衍射和干涉实验》
观察衍射光的特征
衍射光的特征包括弯曲、扩散和波纹状，其形状和亮度变化取决于障碍物和 光源的属性。
衍射对光的传播的影响
衍射可以导致光的弯曲和扩散，影响光的传播方向和亮度。
衍射现象在实际生活中的应用
光的衍射在激光切割中 的应用
利用光的衍射现象，激光可 以精确切割材料。
太阳光的衍射产生彩虹
太阳光透过水滴或大气中的 微粒衍射源自成美丽的彩虹。音频信号的衍射在听觉 系统中的应用
声音波根据不同频率的衍射 现象可以分辨出不同的声音。
衍射实验的基本原理
通过光线传播到边缘障碍物上，观察光的弯曲和扩散现象，验证衍射现象的 发生。
衍射实验的实验器材和步骤
实验器材
光源、狭缝或孔径、屏幕
实验步骤
1. 将光源对准狭缝或孔径；2. 用屏幕接收衍射光线；3. 观察衍射光的弯曲和扩散。
衍射实验中光的波动性的展示
通过衍射实验可以直观地观察到光的波动性，光的波长和传播方向可以通过 衍射光的弯曲和扩散程度进行测量。
高中物理课件：光的衍射 和干涉实验
本课件介绍光的衍射和干涉实验。探索光的衍射现象对光传播的影响，并了 解衍射和干涉在实际生活中的应用。
什么是光的衍射？
了解光的衍射现象是指当光传播到障碍物边缘时发生弯曲和弥散的现象。
衍射的原理与定义
光的衍射是由于光波在传播过程中受到障碍物或光的孔径限制所引起的波动 现象。
高中物理：光学-光的干涉与衍射
高中物理：光学-光的干涉与衍射光学是物理学中的一个重要分支，其中光的干涉与衍射是一个重要的知识点。
干涉和衍射是光学中的两个非常重要的现象，它们是光波的基本特性。
在此处，我们将重点介绍光的干涉和衍射的概念，原理和应用，并提供一些练习题供大家练习。
一、概念光的干涉是指两束光波相遇时，由于它们的相长与相消现象，而产生的强度的变化。
光的衍射是指一束光通过一个孔或一组孔、缝隙时，出现的波的弯曲现象。
二、原理1. 光的干涉原理在干涉现象中，光波的相位关系是非常重要的。
光波的相位关系可以是相长或相消。
两束光波相长的位置将产生光的明条纹，而两束光波相消的位置将产生光的暗条纹。
这种干涉现象存在于同一波长、方向和极化的两束光波之间。
2. 光的衍射原理当一组光波通过一个小孔或缝隙时，光波将通过相同的相位介面传播。
这将导致光波在不同角度上的衍射，从而形成观察者能看到的明暗区域。
这种干涉现象可以发生在任何波长、方向和极化的光波中。
三、应用1. 动干涉技术动干涉是干涉技术的一种形式，它利用干涉现象测量物体的形状和表面的形貌。
它在半导体制造、热像仪和飞行器制造等领域中有广泛的应用。
2. 衍射光栅衍射光栅是一种光学仪器，它可以将光分成不同的波长。
它在分光计、光度计、色谱仪和激光光谱仪等领域中有广泛的应用。
3. 光的彩色光的彩色是由于光的干涉和衍射产生的。
当白光穿过一些物质，如水晶和玻璃，它会被分解成不同的颜色。
练习题：1. 两束波长相同的光波从相距为0.75mm的两个单缝中出射，它们在屏幕上形成了间距为3.0mm的明纹。
求光波的波长。
参考答案：3.0 x 10^-5 m2. 两束波长相同的光波从两个单缝中出射，它们在屏幕上形成了间距为 2.5mm的明纹。
如果一个差别是波长的五倍，两束光波之间的相位差是多少？参考答案：1.25 x 10^-3 弧度3. 某光波的波长为600nm，从两个单缝中出射，它们在屏幕上形成了间距为0.2mm的明纹。
高中物理实验研究光的衍射现象
高中物理实验研究光的衍射现象在高中物理教学中，实验是学习的重要环节之一。
通过实验，我们可以亲身体验物理现象，深入理解科学知识。
本文将探讨一个关于光的实验——光的衍射现象。
一、实验目的：研究光的衍射现象，观察和分析衍射光的特点。
二、实验材料：1. 光源：激光器、小孔光源或白炽灯等；2. 衍射器：狭缝或小孔；3. 探测屏：白纸或幕。
4. 记录仪器：比如直尺、卡尺和计时器等。
三、实验步骤：1. 将光源放置在实验台上，确保它与衍射器之间的距离恒定。
2. 将衍射器放置在光源与探测屏之间的适当位置。
3. 调整衍射器的形状和大小，例如通过调节狭缝的宽度或更换不同直径的小孔，以获得不同的衍射效果。
4. 将探测屏放置在衍射器的后方，确保平行于光线的方向。
5. 观察探测屏上的衍射图案，并使用记录仪器测量和记录衍射图案的特征，如衍射角度、暗纹间距等。
6. 更换不同的衍射器并重复上述步骤，比较结果并进行讨论。
四、实验观察与分析：1. 当光线通过狭缝或小孔时，出现在探测屏上的图案会出现衍射现象。
这些图案包括中央的亮斑和周围的暗纹。
亮斑是衍射光的明显特征。
2. 衍射图案的形状和大小取决于衍射器的形状和尺寸。
较小的衍射器将产生更大的衍射角度和更密集的暗纹。
3. 衍射图案中的暗纹间距与波长有关。
更短的波长将导致更短的暗纹间距。
4. 衍射现象是光波传播的结果，它反映了光的波动性质。
通过实验观察和分析，可以验证波动光学理论。
五、实验注意事项：1. 实验过程中要小心操作光源，避免对眼睛造成伤害。
2. 实验环境应尽量保持暗静，以便更清晰地观察和测量衍射图案。
3. 测量记录时应仔细操作，准确记录实验数据。
六、实验结果与结论：通过实验观察和分析，我们可以发现光的衍射现象的特点：衍射图案中有中央的亮斑和周围的暗纹，衍射器的形状和大小会影响衍射图案的形状和尺寸，而暗纹间距与波长有关。
七、实验意义：通过对光的衍射现象的实验研究，可以帮助学生更好地理解光的波动性质，加深对光学原理的认识。
高中物理 §6.光的衍射
波动光学的理论基础是电磁场理论。
波动光学：包括光的干涉、光的 衍射、光的偏振
光的衍射
§1.光的衍射 一.光的衍射现象
屏幕
阴 影
缝较大时，光是直线传播的
屏幕
缝很小时，衍射现象明显 定义: 光在传播过程中能绕过障 碍物的边缘而偏离直线传播的现 象.
二. 惠更斯——菲涅耳原理
表述: 波传到的任何一点都可看作发射子 波的波源,
0， 0
—— 中央明纹(中心)
θ1
B 半波带
2 1′ 2
a 半波带
′
A
λ进行分 析.
a sin 时，可将缝分
为两个“半波带”
12
半波带
12′′
半波带
4.半波带法分析其它各点:
A→P和B→P的光程差
a sin
将波面AB分割成许多等面积的(半)波带, 每个波带发出子波的强度相等,相邻波带 上对应点发出的子波光线(如下图中的1 1′, 2 2′ )达相遇点(P)的光程差均为λ /2,于是相邻半波带上各子波发出的光,在 相遇点(P)处干涉相消.
θ1
B 半波带
2 1′ 2
a 半波带
′
A
λ/2
把光程差δ分为的半波长λ/2倍数进行分 析.
a sin 时，可将缝分
为两个“半波带”
12
半波带
12′′
半波带
两个“半波带”上发的光在P处干涉相 消形成暗.
当 a sin 3 时，可将缝分成三
个“半波带” 2
Bθ
Bθ
a
a
A λ/2
P处近似为明纹中 心
A λ/2
P处为暗纹.
当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
高中物理光的干涉与衍射中的条纹间距
高中物理光的干涉与衍射中的条纹间距在高中物理中，光的干涉与衍射是光学部分的重要内容，而其中条纹间距的相关知识更是理解和解决许多光学问题的关键。
首先，我们来了解一下光的干涉现象。
当两列频率相同、振动方向相同、相位差恒定的光波相遇时，就会发生干涉。
最典型的例子就是杨氏双缝干涉实验。
在这个实验中，我们可以在屏幕上观察到明暗相间的条纹。
那么，这些条纹的间距是如何形成的呢？这与光的波长、两缝之间的距离以及屏幕到双缝的距离有关。
假设双缝间距为 d，屏幕到双缝的距离为 L，光的波长为λ，那么相邻两条明条纹或暗条纹之间的距离Δx 可以通过公式Δx ＝λL ／ d 来计算。
这个公式的推导其实并不复杂。
我们可以想象一下，从双缝射出的两列光波在屏幕上的某一点相遇。
由于它们的相位差不同，会产生加强或者减弱的效果。
当相位差为2π 的整数倍时，就会出现明条纹；当相位差为π 的奇数倍时，就会出现暗条纹。
而相邻两条明条纹或暗条纹之间的距离，就与上述提到的几个因素有关。
再来说说光的衍射现象。
当光通过一个狭缝或者障碍物时，会在屏幕上形成明暗相间的条纹，这就是光的衍射。
衍射条纹的间距同样受到一些因素的影响。
在单缝衍射中，条纹间距与缝宽、光的波长以及观察屏幕到狭缝的距离有关。
缝宽越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长越长，条纹间距也越大；屏幕到狭缝的距离越大，条纹间距同样会增大。
对比光的干涉和衍射中的条纹间距，我们会发现一些有趣的特点。
干涉条纹通常比较清晰、明亮，间距较为均匀；而衍射条纹的中央条纹较宽、较亮，两侧的条纹逐渐变窄、变暗，间距也不如干涉条纹那样均匀。
那么，理解光的干涉与衍射中的条纹间距在实际中有什么应用呢？在光学仪器的设计中，比如制造高精度的干涉仪、衍射光栅等，就需要精确控制条纹间距来实现特定的功能。
在天文学中，通过对天体发出的光的干涉和衍射条纹的分析，可以获取有关天体的信息。
对于我们高中生来说，掌握光的干涉与衍射中的条纹间距知识，不仅有助于我们在考试中解决相关的物理问题，更能培养我们的逻辑思维和科学探究能力。
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缝平面 透镜L
观察屏 P ·
A 单色平行光垂直照 a 射到缝宽为a的单缝上， C 衍射角为 的一组平行光， B 经透镜后聚焦于屏上P点。
P0 f
两条边缘衍射线之间的光程差为：
BC a sin
P处条纹的明暗完全取决于光程差BC的量值。 菲涅耳将AB波阵面分成许多等面积的 波带——半波带.
2 / a / a
/ a 2 / a 0
sin
1）中央明纹最亮，其宽度为其它次极大的两倍；2）次 极大光强明显减小，且随K 增大而光强减弱 3）白光照 射，中央明纹仍为白色，两侧对称分布形成衍射光谱。
•波长对衍射条纹的影响
条纹在屏幕上的位置与波长成正比，如果用白光做光源，中央为白色明条纹，其 两侧各级都为彩色条纹。该衍射图样称为衍射光谱。
上述暗纹和中央明纹(中心)位置是准确的，其余明 纹中心的位置较上稍有偏离。
在屏幕上P0点两侧的第一级暗纹之间的区域，即 满 足 a sin 的范围，为中央明纹（中央主极大）。 单缝衍射的光强分布曲线如图所示
1 相对光强曲线
0.017 0.047 0.047 0.017
I / I0
爱里斑半径为：
R ftg 1 ≈ f sin 1 1.22 f D
衍射屏 L 观察屏
1
中央亮斑 (爱里斑)
f
I I0
1 .0
0 0.61 1.12
R
中央主极大 第一极小 0.61 / R 0
sin
R
第一次极大 0.81 / R 0.0175 第二极小 1.12 /R 0
圆孔衍射公式
D sin 1.22k (k 1,2,3)
暗条纹
sin 1 0.61
R
1.22
D
R、D为圆孔的半径和直径
1 sin 1 0.61 1.22 r D
衍射屏 L 观察屏
1
中央亮斑 (爱里斑)
f
称 1 为爱里斑( Airy disk)半角宽。
§22-1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理
1、光的衍射现象 光波在传播过程中遇到障碍物（其线度比光 的波长大得不多）时，能够绕过障碍物的边缘前 进，这种偏离直线传播的现象称为衍射。 在衍射中，不只是 光波的绕弯传播，光波 场中的能量也将重新分 布，产生明暗相间的衍 射条纹。
2、夫琅和费衍射和菲涅耳衍射
1.22 0 f 2 f 2. D
f 2 为透镜L2的焦距.
任何透镜,反射镜都有通光孔径 , 即使不加光 阑 , 入射光波也会受到限制 . 因此 , 任何光学 仪器 , 即使像差得到了很好的教正或消除 , 点 物也不会成点像 , 而是形成衍射光斑 , 这直 接影响了成像质量. 若物面上的两物点的衍射 斑重叠的厉害 , 就不能分辨出是两物点 , 这就 有了光学仪器的分辨本领.
Ep ∫ S
其中
k ()
ck() r cos( t 2 )dS r
倾斜因子：
0 时，k ( ) 可取1， / 2 时, k ( ) 0 .
▲解决了光不向后传播
▲说明了空间光强的重新分布是子波干涉叠加的结果
3、菲涅耳波带法 ( half
wave zone )
夫琅和费圆孔衍射光强分布曲线
sin
I I0
0 1
夫琅和费圆孔衍射图样中央是一很亮的圆斑,集中 了衍射光能量的 83.8%, 通常称为爱里斑 . 它的 中心是点光源的几何光学像 , 半角宽 0 决定于 第一极小的衍射角
0.61 1.22 0 . R D
式中D=2R,为圆孔的直径 . 爱里斑的半径为
1. 菲涅耳衍射( Fresnel
diffraction )
衍射屏离光源或接收 屏的距离为有限远时的衍 射 —— 近场衍射。
2. 夫琅和费衍射射
( Fraunhofer diffraction )
衍射屏距离光源和 接收屏的距离是无限远的 衍射 —— 远场衍射。
§22-2
单缝的夫琅和费衍射
观察屏
1、单缝的夫琅和费衍射装置
亮纹的角宽度与线宽度 1. 角宽度 指该亮纹两侧的相 邻两个暗纹中心对透镜 光心所张的角度。 第K级亮纹的角宽度为：
透镜
观测屏 Δx
0
1
0 Δ x0
I
f
Δ k k 1
k k (k 1) a a a
2 -1 ( ) a a a
K=±1的两个暗纹之间的角距离为中央亮纹角宽度：
当a sin 时
θ
B
半波带
1 2 1′ 2′
a
半波带
1 2 1′ 2′
半波带
半波带
A λ /2
两个“半波带”上发的光在 P处干涉相消形成暗 纹。
3 ③当 a sin 时，可将缝分成三个“半波带” 2
B 半波带 a 半波带 半波带 A θ
P处近似为明纹中心
λ /2
,2 ④当 a sin 时 可将缝分成四个“半波带”
缝平面 透镜 L
透镜 L
· p B a A δ
S
*
f
0
f S: 单色光源
: 衍射角
AB a(缝宽)
2、惠更斯——菲涅耳原理
( Huygens-Fresnel principle )
波在传播过程中，从同一波阵面上各点发出的子波， 经传播在空间某点相遇时，将产生相干叠加。 波阵面S上各点（面元dS）所发 出的子波在场点P引起的合振动为：
0
1
0 Δ x0
I
f
第K级次极大条纹的线宽度： Δ x ≈ fΔ f学仪器的分辩本领 1、圆孔的夫琅和费衍射
衍射屏
L
观察屏
1
中央亮斑 (爱里斑)
f
a sin 2k k (k 1, 2, ) 2
暗纹（极小）
B a A λ /2
θ
形成暗纹。
若单缝处可分为偶数个半波带：
a sin 2k k (k 1, 2, ) 2
暗纹（极小）
A a B θ 1 1’ C λ /2
若单缝处可分为奇数个半波带：
a sin (2k 1) (k 1, 2, ) 2
明纹（次极大）
Δ 0 1
通常用中央亮纹的半角宽 Δ 半
的大小来描述衍射效应的强弱。
a
一定，a 越小，衍射作用越显著； a , 半 →0 时，光线直线传播， 波动光学→几何光学。
观测屏 透镜 Δx
2. 线宽度
中央亮纹的线宽度：
Δ x 0 2ftg Δ 半 ≈ 2fΔ 半 2f a