光的衍射跟波的衍射一樣,當(dāng)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(dāng)然不是,中央亮斑……亮環(huán)……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(huán)
現(xiàn)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(fā)展史的認(rèn)識經(jīng)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(jīng)深入人心,要想讓當(dāng)時的人們相信光可以繞過障礙物發(fā)生衍射,就必須以強大的實驗事實為依據(jù)。直到泊松亮斑、托馬斯·楊的雙峰干涉實驗的出現(xiàn),光的波動說才被認(rèn)可。可以說在光學(xué)的學(xué)習(xí)中遇到的第二個難點就是光的干涉和衍射,其內(nèi)容非常抽象難懂。下面是在學(xué)習(xí)中必須掌握的要點:
1.要想產(chǎn)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(xiàn)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(jīng)過單縫屏后產(chǎn)生線光源,再過經(jīng)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(xiàn)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(cè)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(guān),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(yīng)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(qū)分光的干涉和光的衍射
(1)光的衍射現(xiàn)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(qū)域的現(xiàn)象。
當(dāng)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(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。實際上雙縫干涉和單縫衍射都是波疊加的結(jié)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(fù)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(fā)生了衍射而形成三個線光源,所以,一般現(xiàn)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(cè)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(yuǎn)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(huán)。
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(xiàn)的亮斑,這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)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(yīng)
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點擊下圖觀看視頻,留意聽到的汽車聲調(diào)的變化
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一、多普勒效應(yīng)
現(xiàn)象:當(dāng)汽車向你駛來時,感覺音調(diào)變高;當(dāng)汽車離你遠(yuǎn)去時,感覺音調(diào)變低(音調(diào)由頻率決定,頻率高音調(diào)高;頻率低音調(diào)低).
多普勒效應(yīng):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(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng).
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二、多普勒效應(yīng)的成因
聲源完成一次全振動,向外發(fā)出一個波長的波,頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù),因此波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù),而觀察者聽到的聲音的音調(diào),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(shù)決定的.
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1、當(dāng)波源和觀察者相對介質(zhì)都靜止不動. 即二者沒有相對運動時
單位時間內(nèi)波源發(fā)出幾個完全波,觀察者在單位時間內(nèi)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(zhì)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(nèi)接收到的完全波的個數(shù)增多,即接收到的頻率增大.
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3、波源相對介質(zhì)不動,觀察者遠(yuǎn)離波源運動時(或觀察者不動,波源遠(yuǎn)離觀察者運動時)
觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減少,即接收到的頻率減小.
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總之:當(dāng)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(yuǎn)離,觀察者接收到的頻率減小.
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注意:
在多普勒效應(yīng)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(fā)生了變化.
多普勒效應(yīng)是波動過程共有的特征,不僅機(jī)械波,電磁波和光波也會發(fā)生多普勒效應(yīng).
多普勒效應(yīng)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(fā)生變化的現(xiàn)象,它是奧地利物理學(xué)家多普勒在1842年發(fā)現(xiàn)的.
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三、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
有經(jīng)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(jīng)驗的戰(zhàn)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(yuǎn)去.
交通警察向行進(jìn)中的汽車發(fā)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(fā)生變化,由此可指示汽車的速度.
由地球上接收到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光波的頻率可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對于地球的運動速度