5　光的衍射.doc

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1、光的衍射阅读材料光的衍射我们知道，波能够绕过障碍物产生衍射，衍射也是波特有的现象．并且知道只有障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多时，才能明显地观察到波的衍射现象．光既然是一种波动，那么，光在传播中是否也能产生衍射现象呢？从前面讲的光的干涉实验知道，光波的波长是很短的，只有十分之几微米，通常的物体都比它大得多，因此很难看到光的衍射现象．但是，当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，就会出现衍射现象．取一个不透光的屏，在屏中间开一个较大的圆孔．用点光源照射，在像屏上就出现一个明亮的圆形光斑（图6-7甲）．显然

2、，这是光沿直线传播的结果．圆孔小一些，可以看到像屏上的光斑也随着减小（图6-7乙）．但是，圆孔很小（直径小于0.1毫米）时，像屏上的光斑不仅不减小，反而变大了，而且光斑的亮度也变得不均匀，成为一些明暗相间的圆环（图6-7丙）．这些圆环的面积，远远超过了光按直线传播所能照到的范围，就是说光绕到小孔以外的区域中去了．这就是光通过小孔产生的衍射现象．如果在不透明的屏上装一个宽度可以调节的狭缝，代替上面实验中的小圆孔，重做实验，可以看到：当缝比较宽时，光沿直线传播，在像屏上出现一条亮线；当缝很窄时，光通过缝后

3、就明显地偏离了直线传播的方向，像屏上被照亮的范围变宽，并且出现了明暗相间的条纹．这是光通过狭缝时产生的衍射现象．彩图4和5是白光和红光通过狭缝产生的衍射条纹．光的衍射现象进一步证明了光具有波动性，对建立光的波动说起了重要的作用．关于这个问题，历史上曾有过一段趣事．十九世纪初，法国物理学家菲涅耳（1788～1827）利用波动理论对光的衍射现象作出了数学分析．当时一位反对波动说的数学家从菲涅耳的分析得出结论：如果菲涅耳的理论是正确的，那么把一个小的圆盘状物体放在光束中，在距这个圆盘一定距离的像屏上，圆盘的

4、影的中心应当出现一个亮斑．人们从未看到过和听说过这种现象，因而认为这是荒谬的．于是微粒说的拥护者们认为可以驳倒波动说了．菲涅耳接受了这一挑战，精心研究，奇迹终于出现了，实验证明盘影的中心确实有亮斑（图6-8）．微粒说无法解释这种奇特的现象，而波动说却能作出完满的解释．菲涅耳的理论和实验使波动说获得了巨大的成功．衍射光栅光通过单狭缝产生的衍射条纹的位置跟光波的波长有关，因此，利用衍射条纹也可以测定波长．但是单缝的衍射条纹比较宽，测量的结果很不精确．为了精确测出光波的波长，可以增加缝数．因为缝数增加以后，

5、从各条单缝衍射出来的光波要互相干涉，结果使明条纹变窄了．这个问题的具体分析比较复杂，我们在这里就不讲了．从图6-9中可以清楚地看到明条纹随着缝数增加而变窄的情形．光学仪器中用的衍射光栅就是根据这个原理制成的．常用的透射光栅是在玻璃片上刻有许多等宽而又等间距的平行刻痕，其中刻痕是不透光的部分（图6-10）．实用的衍射光栅一般在每毫米内有几十条乃至上千条狭缝．光栅产生的衍射条纹又窄又亮，可以精确地测定光波的波长．不同波长的光通过光栅后产生的衍射条纹的位置不同，因此，利用光栅可以把不同波长的色光分开，就是说

6、，光栅跟棱镜一样具有分光作用，用它可以产生光谱．这也是光栅的一个用途．