光的衍射现象
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2023年3月2日发(作者：补服)光的衍射·知识点精解
1．衍射现象
光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象，叫光的衍射。
光的衍射和光的干预一样证明了光具有波动性。
2．光产生明显衍射的条件
小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射
现象。由于可见光波长范围为4×10-7m至7.7×10-7m之间，所以日常生活中很少
见到明显的光的衍射现象。
任何障碍物都可以使光发生衍射现象，但发生明显衍射现象的条件是“苛刻〞的。
当障碍物的尺寸远大于光波的波长时，光可看成沿直线传播。注意，光的直线传播只
是一种近似的规律，当光的波长比孔或障碍物小得多时，光可看成沿直线传播；在孔或障碍
物可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，衍射就十清楚显。
【问题讨论】
(1)狭缝衍射
让激光发出的单色光照射到狭缝上，当狭缝由很宽逐渐减小，在光屏上出现的现象怎
样？
当狭缝很宽时，缝的宽度远远大于光的波长，衍射现象极不明显，光沿直线传播，在
屏上产生一条跟缝宽度相当的亮线；但当缝的宽度调到很窄，可以跟光波相比较时，光通过
缝后就明显偏离了直线传播方向，照射到屏上相当宽的地方，并且出现了明暗相间的衍射条
纹，纹缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，。但亮度越来越暗。
(2)小孔衍射
如图2-6所示，点光源S发出的光经过小孔AB射到屏MN上。假设圆孔
AB的半径由较大到很小变化光屏上接收到的图形如何变化？
当孔半径较大时，光沿直线传播，在屏上得到一个按直线传播计算出来一样大小的亮
光圆斑；减小孔的半径，屏上将出现按直线传播计算出来的倒立的光源的像，即小孔成像；
继续减小孔的半径，屏上将出现明暗相同的圆形衍射光环。
(3)课本上说：“不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，
以致使影的轮廓模糊不清，〞影的边廓跟物体的边缘有何关系？
应是互相对应关系。影的轮廓模糊不清，是光通过物体的边缘而发生衍射的结果。刮
胡须刀片的阴影模糊不清，是刀片边缘衍射的结果，“泊松亮斑〞的形成也是小圆板边缘衍
射的结果；游标卡尺两测脚间的狭缝的尺寸，虽然可达光波波长的几百倍(数量级比为
10-4m比10-7m)，仍然能看到明显的衍射条纹，也是由于光在卡尺两测脚的边
缘发生衍射的结果。
(4)双缝干预和单缝衍射的比较
双缝干预和单缝衍射都是波叠加的结果。干预是有限的几束光的叠加，而衍射是极多
且复杂的相干光的叠加。一般现象中即有干预又有衍射，在研究双缝干预时如考虑狭缝的宽
度就有衍射的问题。
干预和衍射的图样相类似，都是明暗相间的条纹。双缝干预中各明纹或暗纹的宽度根
本相等，各明纹亮度根本相同，而衍射条纹宽度不等，中央明纹最宽，各明纹亮度也不同，
中央亮纹最亮。
3．光的衍射的应用
①衍射光栅：光通过衍射光栅并随光栅的缝数增加而变窄，变亮(衍射条纹的变化)，
用它可较精确地测量光波的波长，还可以利用它产生分布均匀的光谱。
②菲涅耳圆盘衍射：在中心产生一个亮斑。
【例1】用一单色光源垂直照射带有圆孔的不透明光屏，以下几种情况中，
在小孔后面的光屏上各看到什么现象？
(1)小孔的直径为1cm．
(2)小孔的直径为1mm．
(3)小孔的直径为0.5μm．
【思路分析】小孔的直径大小决定屏上现象。当孔的直径较大，比光的波长大的多，
此时光的衍射极不明显，光沿直线传播；当孔的直径很小，可以与光波的波长相比较时，光
的衍射现象明显。
【解题方法】明显衍射、直线传播的条件，几何光学知识。
【解题】(1)当圆孔的直径为1cm时，在光屏上只能看到与圆孔形状相同的
亮斑。这是光沿直线传播的结果。
(2)当圆孔的直径为1mm时，在光屏上能看到单色光源倒立的像，这是小孔
成像，也是光沿直线传播的结果。
(3)当圆孔的直径为0.5μm时，在光屏上能看到衍射条纹。这是由于小孔尺
寸与光波的波长差不多，光发生衍射的结果。
【例2】下面四种现象中，哪些不是光的衍射现象造成的：
A．通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光的日光灯管，会看到平行的彩色
条纹；
B．不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑；
C．太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子；
D．用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环。
【思路分析】光发生明显衍射的条件是障碍物或孔的大小与光波长短相差不多，不符
合这个条件，就不是衍射现象造成的结果。
【解题方法】光发生明显衍射的条件，光的直线传播、几何知识。
【解题】因为游标卡尺是学生实验观察光的衍射现象，所以A肯定正确。
B和D中都是典型的光的衍射现象，前者是泊松亮斑，后者是典型衍射。
在C选项中，电线的直径要比光的波长大很多，根本不能发生明显的衍射现
象。地面上不留下电线的影子是由于电线直径与日光比，太阳光可从电线的侧面
照射到地面，使地面没有电线的影子。
正确答案：C。