五、光的衍射
干涉复习: 1、光的干涉图样有何特征？ 2、不同颜色的光相邻条纹间距有何不同？ 红光波长最大，紫光波长最小 3、光的颜色由什么决定的呢？ 由公式可知：红光的干涉条纹间距最大，紫光最小 3、光的颜色由什么决定的呢？
规律归纳: 1、光的颜色是由电磁波的频率决定的． 2、不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同． 3、同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变． 4、在同一介质中，频率越高，波速越小．
一、光的衍射： 水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？ 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？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？ 水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？
1、衍射的条件： 像屏 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． 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 ． 激光束 像屏
2、单缝衍射： 单击画面观看录像
3、图样特征： 单缝衍射条纹的特征 （1）中央亮纹宽而亮． （2）两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．
观察下列衍射图样，分析衍射规律： 不同缝宽的单缝衍射 不同波长的单缝衍射 白光的单缝衍射
4、图样分析： 单缝衍射规律 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．
5、圆孔衍射： （1）孔较大时——屏上出现清晰的光斑 A S B （2）孔较小时——屏上出现衍射花样 明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”． 6、圆盘衍射： 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 泊松亮斑：光照在一个不透明的小圆板上，光绕过板的边缘，在屏的中心叠加形成一个亮斑．
1818年，当法国物理学家菲汉耳提出光的波动理论时，著名数学家泊松根据菲涅耳的理论推算出：把一个不透光的小的圆盘状物放在光束中，在距这个圆盘一定距离的像屏上，圆盘的阴影中心应当出现一个亮斑．人们从未看过和听说过这种现象，因而认为这是荒谬的，所以泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅耳的波动理论，菲涅耳接受了这一挑战，精心研究，“奇迹”终于出现了，实验证明圆盘阴影中心确实有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．
光沿直线传播只是一个近似的规律。当光的波长比障碍物或孔的尺寸小得多时，可认为光是沿直线传播的，当光的波长与障碍物或孔的尺寸可以相比拟时将产生明显的衍射现象。 光的衍射现象再次证明光是一种波．
单缝衍射光强分布图
C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线 D．入射光的波长越短，衍射现象越明显 ［例1］ 对于单缝衍射现象，以下说法正确的是 ( ) A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮 B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显 C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线 D．入射光的波长越短，衍射现象越明显 ［例1］ B
［例2］ 在做单缝衍射实验中，下列说法中正确的是 ( ) A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄 ACD ( ) A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄 B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄 C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽 D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽 ACD
二、双缝干涉与单缝衍射条纹的区别 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．
［例3］ 用红光进行双缝干涉实验时(缝极窄)，如果用不透光的纸遮住一个缝，则屏上出现的是 （ ） A．一片黑暗 B．一片红光 C．原干涉条纹形状不变，但亮度减弱 D．不等间距的红黑相间的条纹 B
三、衍射光栅： 它是由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。 透射光栅 如果在高反射率的金属上刻痕，可以做成反射光栅 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。（演示）
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。
下列现象属于干涉现象的是______，属于衍射现象的是_______，属于色散现象的是______． A．雨后彩虹 B．蝉翼翅膀上的彩色 C．用力压紧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． ［例4］ B、C D、E A、F
［例5］ 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 答案 :正确的顺序是：D、E、A．D．C 点拨:弄清光的直线传播规律，小孔成像的原理， 光波发生明显衍射现象的条件．
小结： 1、产生明显衍射的条件： 障碍物（或孔）的尺寸比波长小或和波长差不多。 2、单缝衍射图样： 注：障碍物（或孔）的尺寸越小衍射现象越明显，但亮度减小。 2、单缝衍射图样： 中央亮条纹（最亮最宽）、两侧条纹窄 、关于中央对称 4、白光的衍射 中央白色（较宽），两边彩色条纹 3、光栅衍射
【同步练习】 1．下面哪些现象属于光的衍射现象 A．雨后美丽的彩虹 B．对着日光灯从两铅笔的缝中看到的色彩条纹 C．阳光下肥皂膜上的彩色条纹 D．光通过三棱镜产生的色彩条纹 答案：B 解析：雨后的彩虹和光通过三棱镜产生的彩色条纹都是由于光的色散而形成的，是光的折射现象；阳光下肥皂膜上的彩色条纹是光的薄膜干涉现象；对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹是单缝衍射现象．
2．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 答案：BC 解析：选项A是由光的直线传播产生的；选项B是光的衍射产生的；选项C是因为白光中红色光的波长最长，亮纹最宽，故偏离中央亮纹最远；选项D是色散现象．
3．点光源照射到一个障碍物，屏上所形成的阴影的边缘部分模糊不清，产生的原因是 A．光的反射 B．光的折射 C．光的干涉 D．光的衍射 答案：D 解析：光在传播过程中遇到障碍物，要发生衍射，进到阴影部分去，只是障碍物太大时，衍射现象不明显，所以只在障碍物影子边缘出现不太显著的衍射现象，使影子边缘的轮廓模糊不清．
4．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 答案：ABD 解析：衍射条纹是叠加产生的，衍射条纹的范围远远超出了直线传播的区域，A、B正确．衍射是波特有的现象，D正确．
5．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 答案：AD 解析：由于可见光的波长非常短，一般为微米数量级，所以，当缝越窄时衍射现象越明显，对光波言，波长越长的光，其衍射越容易发生，现象越明显，故A、D是正确的．
例1解析： 解析:产生明显的衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸跟波长差不多，或者比波长小．由于光波波长都是很短，所以在单缝衍射现象中，缝的宽度d越小，衍射现象越明显．所以B答案是正确的．缝的宽度d越小，透过缝的光的能量越小，亮度也越小，故A错．缝的宽度d越小，越容易发生衍射，即容易偏离直线路径绕到障碍物阴影中去，故C错，在缝的宽度d不变的情况下，入射光波长越短，越不容易发生衍射现象，故D错．所以正确答案应选B．
例2解析： 解析：当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距越大；当光的波长一定时，单缝宽度越小衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长一定、单缝的宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽．故答案为ACD．
解析：屏上将出现红光的单缝衍射图样，即不等间距的红、黑相间的条纹． 例3解析： 答案：D 解析：屏上将出现红光的单缝衍射图样，即不等间距的红、黑相间的条纹．
例4解析： 区分干涉，衍射和色散的方法是分析装置的结构特点，厚的不平行透明体是色散，双缝和薄膜是干涉，单缝、单孔、单丝、多缝、多孔、多丝是衍射，所以属于色散的是A 、F ；属于干涉的是 B、 C ；属于衍射的是D 、E ．
例5解析： 解析:由于光的波长很短，因此当孔很大时，不会使光发生明显的衍射现象，此时光的传播可看做直线，可在屏上得到孔的影；当孔继续减小时，虽不能使光发生明显的衍射现象，但可以在屏上成一太阳的像；孔继续减小时，光开始发生明显的衍射现象，出现明暗相间的彩色条纹；孔进一步减小直至闭合，则由于进光量的减小而使光线变暗消失．