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1、第四章第四章光光学习目标学习目标1.通过实验通过实验,了解光发生明显衍射的条件了解光发生明显衍射的条件;了解衍射光栅的特点了解衍射光栅的特点;能区分双缝干涉与单缝衍射的图样能区分双缝干涉与单缝衍射的图样.培养科学探究能力和模型建培养科学探究能力和模型建构能力构能力.2.观察光的衍射现象观察光的衍射现象,了解几种衍射图样了解几种衍射图样,认识衍射条纹的特点认识衍射条纹的特点,并能解释生活中的衍射现象并能解释生活中的衍射现象.培养知识建构能力和解决实际问题培养知识建构能力和解决实际问题的能力的能力.3.利用生活中的器材设计实验利用生活中的器材设计实验,观察光的衍射现象观察光的衍射现象.通过研究光的
2、通过研究光的衍射等现象衍射等现象,对光的直线传播提出疑问对光的直线传播提出疑问,会从不同角度思考物理会从不同角度思考物理问题问题,培养科学态度与科学精神培养科学态度与科学精神.5光的衍射光的衍射知识点一知识点一光的衍射光的衍射答案答案:光通过狭缝发生了衍射光通过狭缝发生了衍射,看到的彩色条纹是光的衍射看到的彩色条纹是光的衍射条纹条纹.1.将两支圆柱形铅笔并在一起将两支圆柱形铅笔并在一起,形成一个狭缝形成一个狭缝,使狭缝平行使狭缝平行于日光灯于日光灯,眼睛紧贴狭缝会看到彩色的条纹眼睛紧贴狭缝会看到彩色的条纹.思考发生这一思考发生这一现象的原因是什么现象的原因是什么?2.光的衍射光的衍射:光在传播
3、过程中遇到光在传播过程中遇到或狭缝时或狭缝时,绕过障绕过障碍物或通碍物或通过狭缝传过狭缝传播到阴影区域的现象播到阴影区域的现象.障碍物障碍物3.发生明显衍射现象的条件:当障碍物或狭缝的尺寸.的时候,会发生明显的衍射现象.足够小4.在单色光的传播路径上放一个较小的圆在单色光的传播路径上放一个较小的圆形障碍物形障碍物,发现在阴影中心有一个亮斑发现在阴影中心有一个亮斑,如如图所示图所示,这个亮斑是这个亮斑是.泊松亮斑泊松亮斑5.我们知道我们知道,波能够绕过障碍物发生衍射波能够绕过障碍物发生衍射,既然光也是一种波既然光也是一种波,为为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射什么在日常生活中我们观察不到光的
4、衍射,而且常常说而且常常说“光沿光沿直线传播直线传播”呢呢?答案答案:因为光的波长很短因为光的波长很短,生活中障碍物的尺寸大都比光的波长生活中障碍物的尺寸大都比光的波长大得多大得多,所以衍射现象不明显所以衍射现象不明显,认为光是沿直线传播的认为光是沿直线传播的.6.光遇到小孔、单缝或障碍物时光遇到小孔、单缝或障碍物时,可能发生衍射现象可能发生衍射现象,也可能不也可能不发生发生,这种说法正确吗这种说法正确吗?答案答案:不正确不正确.光遇到小孔、单缝或障碍物时都会发生衍射光遇到小孔、单缝或障碍物时都会发生衍射,只只是衍射现象有时明显是衍射现象有时明显,有时不明显有时不明显.知识点二衍射光栅知识点二
5、衍射光栅1.衍射光栅衍射光栅:由许多由许多的狭缝等距离地排列起来形成的光学的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件元件.2.透射光栅透射光栅:在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕,刻痕产生刻痕产生而不太透光而不太透光,未刻的部分相当于未刻的部分相当于的狭缝的狭缝,这样就做成了透射光栅这样就做成了透射光栅.3.反射光栅反射光栅:如果在如果在的金属上刻痕的金属上刻痕,就可以做成反射就可以做成反射光栅光栅.漫反射漫反射透光透光高反射率高反射率等宽等宽小试身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的在括号内打正确的在括号内
6、打“”“”,错误的打错误的打“”).”).1.白光通过盛水的玻璃杯白光通过盛水的玻璃杯,在适当的角度在适当的角度,可看到彩色光可看到彩色光,这是光的这是光的衍射现象衍射现象.()2.光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论.()3.阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射现象阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射现象.()4.光照到不透明小圆盘上光照到不透明小圆盘上,在其后方的阴影中心出现泊松亮斑在其后方的阴影中心出现泊松亮斑,说说明发生了衍射明发生了衍射.()5.当障碍物的尺当障碍物的尺寸寸很大很大时时,能发生明显的衍射现象能发生明显的衍射现象.
7、()6.泊松亮斑支持了光的波动说泊松亮斑支持了光的波动说.()探究一探究一光的衍射光的衍射问题情境问题情境将一束红光分别照到宽度为将一束红光分别照到宽度为0.4mm和和0.8mm的单缝上的单缝上,在单在单缝后面的光屏出现了如下图所示的条纹缝后面的光屏出现了如下图所示的条纹.红光红光单缝宽单缝宽0.4mm红光红光单缝宽单缝宽0.8mm1.除了中间的亮条纹除了中间的亮条纹,两边还有多条亮条纹两边还有多条亮条纹,原因是什么原因是什么?该图该图样有什么特点样有什么特点?该图样和单色光的双缝干涉图样有何异同点该图样和单色光的双缝干涉图样有何异同点?答案答案:光没有沿直线传播光没有沿直线传播,它绕过了缝的
8、边缘它绕过了缝的边缘,传播到了相当宽的传播到了相当宽的地方地方,这是光的衍射现象这是光的衍射现象.衍射图样的特点是中央条纹最亮衍射图样的特点是中央条纹最亮,越向越向两边越暗两边越暗,条纹间距不等条纹间距不等,越靠外越靠外,条纹间距越小条纹间距越小.衍射条纹和干涉衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的条纹都是明暗相间的,但衍射条纹是中间最宽、最亮但衍射条纹是中间最宽、最亮,从中央向两从中央向两侧逐渐变窄、变暗侧逐渐变窄、变暗;干涉条纹是等间距的条纹干涉条纹是等间距的条纹,宽度和亮度相同宽度和亮度相同.2.对比两幅图样对比两幅图样,思考衍射现象明显与否与缝的宽度的关系思考衍射现象明显与否与缝的宽度的关系
9、.答案答案:波长一定时波长一定时,单缝越窄单缝越窄,中央条纹越宽中央条纹越宽,各条纹间距越大各条纹间距越大,即即当缝的尺寸越当缝的尺寸越小时小时,衍射现象越明显衍射现象越明显.3.下图是蓝光的单缝衍射图样下图是蓝光的单缝衍射图样,对比单缝宽相同的红光的衍对比单缝宽相同的红光的衍射图样射图样,思考衍射现象明显与否与入射光波长的关系思考衍射现象明显与否与入射光波长的关系.答案答案:单缝宽度不变时单缝宽度不变时,入射光波长越大入射光波长越大,中央亮条纹的宽度中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大及条纹间距就越大,衍射现象就越明显衍射现象就越明显.蓝光蓝光单缝宽单缝宽 0.4 mm4.让烛光照射到一块遮光板
10、上让烛光照射到一块遮光板上,板上有一个可以改变大小的板上有一个可以改变大小的三角形孔三角形孔,当此三角形孔缓慢地由大变小直到闭合时当此三角形孔缓慢地由大变小直到闭合时,试分析试分析在孔后的屏上将先后出现的现象在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光遮住侧面光).答案答案:当三角形孔较大时当三角形孔较大时,屏上出现一个三角形光斑屏上出现一个三角形光斑,随着三角随着三角形缓慢地变小形缓慢地变小,光斑逐渐变小光斑逐渐变小;当三角形孔小到一定程度时当三角形孔小到一定程度时,屏屏上会出现倒立的烛焰的像上会出现倒立的烛焰的像;继续使三角形孔缓慢变小继续使三角形孔缓慢变小,可以观可以观察到小孔衍射图样察到小
11、孔衍射图样;当孔闭合时当孔闭合时,屏上就会一片黑暗屏上就会一片黑暗.5.通过以上分析通过以上分析,尝试总结产生明显衍射现象的条件尝试总结产生明显衍射现象的条件.答案答案:只有当障碍物只有当障碍物或或狭缝狭缝的的尺尺寸寸足够足够小小时时,衍射现象才明显衍射现象才明显.6.下图为白光的单缝衍射条纹下图为白光的单缝衍射条纹.该条纹有什么特点该条纹有什么特点?白光经单白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么相同点缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么相同点?答案答案:用白光做单缝衍射时用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的中央亮条纹是白色的,仍然最宽最亮仍然最宽最亮.两边是彩色条纹两边是彩色条纹,越向两边越
12、暗越向两边越暗,条纹间距不等条纹间距不等,越靠外越靠外,条纹间距条纹间距越小越小.白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹都是中央为白色白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹都是中央为白色条纹条纹,两侧为彩色条纹两侧为彩色条纹.过程建构过程建构1.发生明显衍射现象的条发生明显衍射现象的条件件.只有当障碍物只有当障碍物或或狭缝狭缝的的尺尺寸寸足够足够小小时时,衍射现象才明显衍射现象才明显.2.对光的衍射的理对光的衍射的理解解.(1)衍射是波的特征衍射是波的特征,波长越长波长越长,衍射现象越明显衍射现象越明显.任何情况下都可任何情况下都可以发生衍射现象以发生衍射现象,衍射现象有明显与不明显的差别衍射现象有明
13、显与不明显的差别.(2)衍射现象说明衍射现象说明“光沿直线传播光沿直线传播”只是一种特殊情况只是一种特殊情况,在障在障碍碍物物或狭缝或狭缝的的尺尺寸寸很大很大时时,可以认为光是沿直线传播的可以认为光是沿直线传播的.3.三种衍射图样的特三种衍射图样的特点点.(1)单缝衍射单缝衍射.单色光通过单缝时单色光通过单缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹在屏幕上出现明暗相间的条纹,中央为亮条中央为亮条纹纹,中央条纹最宽、最亮中央条纹最宽、最亮,两侧的亮条纹逐渐变窄变暗两侧的亮条纹逐渐变窄变暗;白光通过白光通过单缝时单缝时,在屏上出现彩色条纹在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹中央为白色条纹.波长一定时波长一定时
14、,单缝单缝窄的中央条纹宽窄的中央条纹宽,各条纹间距大各条纹间距大;单缝一定时单缝一定时,光波波长大的中央光波波长大的中央条纹宽条纹宽,条纹间距大条纹间距大.(2)圆孔衍射圆孔衍射:光通过小孔光通过小孔(孔很小孔很小)时时,在光屏上出现明暗相间的圆在光屏上出现明暗相间的圆环环,如图所示如图所示.(3)圆盘衍射圆盘衍射(泊松亮斑泊松亮斑).若在单色光若在单色光(如激光如激光)传播路径上放一个较小的圆形障碍物传播路径上放一个较小的圆形障碍物,会发现在影的中心有一个亮斑会发现在影的中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑这就是著名的泊松亮斑,衍射图衍射图样如图所示样如图所示.中央是亮斑中央是亮斑,圆盘阴影
15、的边缘是模糊的圆盘阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有不等在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环间距的明暗相间的圆环.4.双缝干涉和单缝衍射的比双缝干涉和单缝衍射的比较较.比较项比较项双缝干涉双缝干涉单缝衍射单缝衍射现象现象光在重叠区域出现加强或减弱光在重叠区域出现加强或减弱的现象的现象光绕过障碍物偏离直线传播光绕过障碍物偏离直线传播的现象的现象产生条件产生条件两束光频率相同、相位差恒定两束光频率相同、相位差恒定障碍物障碍物或或狭缝狭缝的的尺尺寸寸足够足够小小典型实验典型实验杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验单缝衍射、圆孔衍射和不透单缝衍射、圆孔衍射和不透明圆盘衍射明圆盘衍射图样不同点图样不同点(单色
16、光单色光)条条纹宽纹宽度度条纹宽度相等条纹宽度相等条纹宽度不等条纹宽度不等,中央最宽中央最宽条条纹间纹间距距 相邻两条纹间距相等相邻两条纹间距相等相邻两条纹间距不等相邻两条纹间距不等亮亮度情度情况况 条纹清晰条纹清晰,亮度基本相同亮度基本相同中央条纹最亮中央条纹最亮,两边变暗两边变暗相同点相同点干涉、衍射都是波特有的现象干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、衍射都有明暗相间的干涉、衍射都有明暗相间的条纹条纹【典例【典例1】下图是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白】下图是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片炽灯线光源时所拍下的四张照片.甲甲乙乙丙丙丁丁(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的狭缝宽度试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的狭缝宽度大小关系大小关系.(2)试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因.答案答案:(1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出从四张照片的单缝衍射图样可以看出,由题图甲到由题图甲到题图丁题图丁,衍射现象越来越明显衍射现象越来越明显,说明两测量脚间的狭缝宽度越说明两测量脚间的狭缝宽度越来越小来越小.(2)
