四、光的衍射

一、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，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。

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泊松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。

二、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，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，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。

练习二

（1）为什么隔着墙能听到墙那边人的说话声，但看不见人？

（2）光的衍射现象跟光的直线传播是否矛盾？在什么情况下光沿直线传播？

（3）把两支铅笔并在一起，中间留一条狭缝，放在眼前，透过这条狭缝去看远处的日光灯，使狭缝的方向跟灯管平行，就看到许多条平行的彩色条纹，做这个实验，并解释看到的现象。

发布时间：2025/6/13 下午10:17:42  阅读次数：362