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第4章 光的波动性 4.3 光的衍射 【学习目标】 1．知识与技能：认识光的衍射现象，使学生对光的波动性有进一步的了解，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。 2．过程与方法：通过观察实验培养学生观察、表述物理现象，概括规律特征的能力，学生亲自做实验培养学生动手的实践能力。 3．情感态度与价值观：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。 【要点导学】 1．光的衍射现象 光的衍射是光在它传播的方向上遇到障碍物时，光绕到障碍物阴影里去的现象。 2．怎样才能观察到光的衍射现象？ （1）产生明显的波的衍射要具备的条件：障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多，或比波长更小。 （2）要观察到光的衍射现象：必须使狭缝、小孔或不透光物体与光的波长相差不多，甚至比光的波长更小。 3．光的的衍射现象的规律 （1）用单色光做单缝衍射实验，波长越长的单色光得到的条纹间距越大（用红光做双缝干涉实验得到的条纹间距最大；用紫光做双缝干涉实验得到的条纹间距最小）。 用白红光做单缝衍射实验时，中央条纹为白色，两侧为彩色条纹。 （2）在单缝衍射图样里，中央条纹最亮、最宽。 （3）在发生明显衍射的条件下，波长一定时，当窄缝变窄（或孔变小）时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗（见课本彩色插页图4-18）。 4．用惠更斯原理解释光的衍射现象 光的衍射与光的干涉一样都是光的叠加的结果。 5．泊松亮斑 用平行光照射一个很小的不透明的圆盘（尺寸小于0.5mm），在圆盘的阴影中心会出现一个亮斑，这也是波的衍射现象。被称为泊松亮斑。 6．身边的衍射现象 7．光的衍射现象进一步证明了光的波动性 【方法举例】 1． 光的的衍射与光的直线传播性并非矛盾 关于光的直线传播性，准确的说法是：光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，因此，光的的衍射与光的直线传播性并非矛盾。 2．区分能否发生衍射和能否发生明显衍射 （1）衍射的波的特性，既然光是属于电磁波，各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，只是有明显与不明显的差异。 （2）对于光产生明显衍射的条件的认识，从一系列衍射实验中发现，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，对波长为的光波来说，障碍物或孔的尺寸的数量级在103以上时，衍射现象不明显，可按直线传播处理；在102～10时，衍射现象显著，出现明暗相间的花样；在比波长还小时，衍射现象更为明显． 3．双缝干涉和单缝衍射的联系与区别 （1）双缝干涉和单缝衍射的图样都是明暗相间的条纹。但双缝干涉的条纹间距是等宽的，亮度也是均匀的；而单缝衍射的条纹是中央宽，两边窄，亮度分布也是中央亮两边暗。 （2）双缝干涉装置中，入射光从单缝到双缝之间的传播过程中，实际上已经发生了衍射；单缝衍射中的亮、暗纹的形成，可以看成是从单缝不同位置射出的光在光屏处发生干涉，这些干涉条纹叠加后形成的就是单缝衍射的结果。 （3）光的衍射现象与干涉现象根本上讲都是光波的相干叠加． （4）光的双缝干涉和光的衍射都是光的波动性的例证 例1 关于光的衍射的下列说法中正确的是 ( ) （A）只有当障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比或者比光的波长小的时候才能发生衍射 （B）如果障碍物的尺寸比光的波长大得太多，就几乎不能发生光的衍射 （C）隔着高墙和墙另一侧的人说话时“听其声而不见其人”，是因为声波发生了明显衍射，而光波的衍射非常微弱 （D）小孔成像就是由光的衍射形成的 [解析]各种障碍物都能使光发生衍射，只是有明显和不明显的区别,因此A选项错误；B选项中，障碍物的尺寸比光的波长大得太多，不满足发生明显衍射的条件，几乎不能发生光的衍射，因此B选项错；高墙的高度一般是几米，这个尺寸跟声波的波长可以相比，但比光的波长大得多，因此出现“听其声而不见其人”的现象，因此C选项正确；小孔成像的原理是光的直线传播，而不是光的衍射，D选项错误。本题正确选项为（C）。 [说明]由于可见光的波长在10-7m数量级，而一般物体的大小比这个尺度大得多，因此很难看到明显的光的衍射现象。要看到明显的光的衍射现象，必须使光源发出的光射到非常小的必须使狭缝、小孔或不透光物体。一般来讲，当狭缝、小孔或不透光物体尺寸小于0.5mm时，就可以观察到明显的衍射现象。 例2在双缝干涉实验中，如果将双缝中的一条挡住，其它都不改变，那么在光屏上观察到的现象将是 （ ） （A）仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是亮纹的亮度变暗了 （B）仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是由于挡住一条缝，所以