光的衍射跟波的衍射一樣,當障礙物的尺寸小于波長,光(或者波)就會繞過障礙物。最簡單的想法就是,一根直線(波長為0)無法穿透墻壁,而生活中的廣播(波長較長)能夠繞過高山繞過高樓傳出去。
當然不是,中央亮斑……亮環……這個不好說啊
你自己看看這兩個視頻吧
中間的圓就是亮斑,外面的圈圈就是亮環
現在我們知道光具有波拉粒二相性,但是人類對于光的本性發展史的認識經歷了很長時間。其原因之一是光的波長很短,要想證明光是一種波,就必須證明光具有波的特性——衍射、干涉。但是光的直線傳播已經深入人心,要想讓當時的人們相信光可以繞過障礙物發生衍射,就必須以強大的實驗事實為依據。直到泊松亮斑、托馬斯·楊的雙峰干涉實驗的出現,光的波動說才被認可。可以說在光學的學習中遇到的第二個難點就是光的干涉和衍射,其內容非常抽象難懂。下面是在學習中必須掌握的要點:
1.要想產生干涉就必須有相干光源(頻率相同、相差恒定的兩列光源)。因此在干涉現象中尋找相干光源便成為首要問題。
(1)在雙縫干涉的裝置中,一束光經過單縫屏后產生線光源,再過經雙縫屏把該束光分成頻率相同的兩束光。也就是說雙縫干涉的相干光源是由一束光一分二巧妙獲得。
(2)在薄膜干涉中相干光源是由薄膜的前、后表面反射的兩列光波疊加而成。
2.牢記干涉的現象
(1)在雙縫干涉中如果單色光入射則形成明暗相間的條紋,中央為亮紋,條紋的亮度寬度基本相同。若用白光實驗,中央是白色條紋,兩側形成彩色條紋,中央白光的邊緣呈紅色。
(2)屏上明暗條紋之間的距離總是相等的,其距離大小x與雙縫之間距離d。雙縫到屏的距離l及光的波長λ有關,即x=λ。在l和d不變的情況下,x和波長λ成正比,即波長越長條紋間距越大(x=λ)。
應用該式可測光波的波長λ。用同一實驗裝置做干涉實驗,紅光干涉條紋的間距x紅最大,紫光干涉條紋間距x紫最小,故可知λ紅大于λ紫,v紅小于v紫。
3. 注意區分光的干涉和光的衍射
(1)光的衍射現象是指光在遇到障礙物時,偏離直線傳播方向而照射到陰影區域的現象。
當孔或障礙物的尺寸比光波波長小,或者跟波長差不多時,光才能發生明顯的衍射現象。實際上雙縫干涉和單縫衍射都是波疊加的結果,只是干涉條紋是有限的幾束光的疊加,而衍射條紋是極多且復雜的相干光的疊加。在雙縫干涉實驗中,光在通過其中的三個狹縫時,都發生了衍射而形成三個線光源,所以,一般現象中既有干涉又有衍射。
(2)衍射有單縫衍射、單孔衍射和障礙物的衍射,衍射圖樣各不相同。
①單縫衍射圖樣:中央為較寬亮條紋,兩側有明暗相間的條紋,但間距和亮度不同,照射光的波長越長,中央亮紋越寬。白光衍射時,中央仍為白光,最靠近中央的是紫光,最遠離中央的是紅光。即中央白光的邊緣呈紅色。
②圓孔衍射圖樣:明暗相間的不等距圓環。
③泊松亮斑:光照射到一個半徑很小的圓板后,在圓板的陰影中心出現的亮斑,這是光能發生衍射的有力證據之一。
不難看出干涉和衍射的圖樣有相似之處,都是明暗相間的條紋。只是干涉條紋中條紋寬度和亮紋亮度基本相同,衍射條紋中條紋寬
八、多普勒效應
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點擊下圖觀看視頻,留意聽到的汽車聲調的變化
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一、多普勒效應
現象:當汽車向你駛來時,感覺音調變高;當汽車離你遠去時,感覺音調變低(音調由頻率決定,頻率高音調高;頻率低音調低).
多普勒效應:由于波源和觀察者之間有相對運動,使觀察者感到頻率變化的現象叫做多普勒效應.
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二、多普勒效應的成因
聲源完成一次全振動,向外發出一個波長的波,頻率表示單位時間內完成的全振動的次數,因此波源的頻率等于單位時間內波源發出的完全波的個數,而觀察者聽到的聲音的音調,是由觀察者接收到的頻率,即單位時間接收到的完全波的個數決定的.
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1、當波源和觀察者相對介質都靜止不動. 即二者沒有相對運動時
單位時間內波源發出幾個完全波,觀察者在單位時間內就接收到幾個完全波.觀察者接收到的頻率等于波源的頻率.
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2、波源相對介質不動,觀察者朝波源運動時(或觀察者不動,波源朝觀察者運動時)
觀察者在單位時間內接收到的完全波的個數增多,即接收到的頻率增大.
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3、波源相對介質不動,觀察者遠離波源運動時(或觀察者不動,波源遠離觀察者運動時)
觀察者在單位時間內接收到的完全波的個數減少,即接收到的頻率減小.
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總之:當波源與觀察者有相對運動時,如果二者相互接近,觀察者接收到的頻率增大;如果二者遠離,觀察者接收到的頻率減小.
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注意:
在多普勒效應中,波源的頻率是不改變的,只是由于波源和觀察者之間有相對運動,觀察者感到頻率發生了變化.
多普勒效應是波動過程共有的特征,不僅機械波,電磁波和光波也會發生多普勒效應.
多普勒效應是指由于波源和觀察者之間有相對運動,使觀察者感到頻率發生變化的現象,它是奧地利物理學家多普勒在1842年發現的.
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三、多普勒效應的應用
有經驗的鐵路工人可以從火車的汽笛聲判斷火車的運動方向和快慢.
有經驗的戰士可以從炮彈飛行時的尖叫聲判斷飛行的炮彈是接近還是遠去.
交通警察向行進中的汽車發射一個已知頻率的電磁波,波被運動的汽車反射回來時,接收到的頻率發生變化,由此可指示汽車的速度.
由地球上接收到遙遠天體發出的光波的頻率可以判斷遙遠天體相對于地球的運動速度