【种花家务·物理】4-6-02衍射现象『数理化自学丛书6677版』

来源:哔哩哔哩 2023-07-29 17:18:50

【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』,此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版,并于1977年正式再版的基础自学教材,本系列丛书共包含17本,层次大致相当于如今的初高中水平,其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材,很多概念已经与如今迥异,因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外,黑字是教材原文,彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版,即80年代的改开版,改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容,直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版,首先是因为6677版保留了很多古早知识,让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小,即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材,不该被埋没在故纸堆中,是故才打算利用业余时间,将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第六章光的波动性


(资料图片仅供参考)

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿;功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳;热量的单位卡路里等于焦耳;电荷的单位静库(1库伦=3×10⁹静库);电势的单位静伏等于300伏特。另外这套老教材中力的单位常用公斤、克等,但如今是不允许的,力是不能使用质量单位的。】 

§6-2衍射现象

1、波的衍射

【01】跟干涉现象一样,衍射现象也是波动特性的重要表征之一。什么是波的衍射呢?波在同一均匀媒质里传播是沿直线方向进行的,如果在它传播的方向上遇到迎面挡住的孔或障碍物时,只要孔或障碍物不比它的波长大很多,这时波就会明显地绕到障碍物后面或孔的外面去(传播路径发生了弯曲),这种现象叫做波的衍射

【02】我们先用实验来观察水波的衍射现象。在两个水盘里分别放一个较大的障碍物(图6·10)和一个开孔的屏(图6·11),把振动音叉的一个股接触水面,使水面上产生一列水波,由于障碍物和孔都比水波的波长大很多,这时只能够看见波的直线传播,在障碍物后面和孔的外面水波都不能到达,形成明显的几何“阴影”。再缩小障碍物和孔的线度(使它们和波长相差得不太多),这时候水波就能够绕到孔的外面和障碍物的后面去,形成水波的衍射,如图6·12和图6·13所示。

【03】如果把水盘中的孔换成双孔(双狭缝),这时候每一孔都发生衍射,从两个孔衍射出去的水波又遇在一起,互相迭加发生水波的干涉,形成清楚的干涉花样(图6·14)。

【04】声波也有衍射现象。一般人的声音波长约以米计,当障碍物的大小比声波的波长长很多的时候,例如人在城墙的一面喊话,在城墙的另一面的人即使在夜深人静的时侯,也不能听见;如果是隔着一层很厚但不太高的围墙,那么在墙的一侧喊话,另一侧的人就能听见,这就是声波绕过不太大的障碍物的衍射现象。同样,当门窗开着的时侯,房间里的人喊话,房门外的人也能够听见,这也是由于声波通过门或窗(它们的线度跟声波的波长相差不多)时发生衍射的缘故。

2、光的衍射

【05】光既然具有波动性,那么在一定的条件下,是不是也能够发生衍射现象呢?

【06】实验结果作了肯定的回答。

【07】让点光源 S 照射在一个大小可以伸缩的圆孔上(图6·15(a)),开始时,孔的直径比光的波长大得多【光的波长很短,可见光的波长范围约在 4000~7700 埃左右。埃是长度的单位,1 埃=10⁻⁸ 厘米】,在孔后面的屏上得到的是一个明亮的光斑,这说明光是沿着直线传播的,如图6·15(b)所示。逐渐缩小孔的直径,直到孔的直径比光的波长大得不多的时候,光就开始绕到孔的外面,在屏上形成衍射花样,整个衍射花样的面积比原来的光斑大很多,它说明这时光已经不沿直线传播了(如图(c)所示)。

【08】如果让一个有直线灯丝的光源照在一个狭缝上,当缝的阔度比较大时,狭缝后的光屏上有一条轮廓分明的光带,如图6·16(b)所示。逐渐收缩狭缝的宽度,光屏上就会出现象图6·16(c)所示的衍射花样,当中一条光带最亮,旁边的光带就比较暗。

【09】平时我们要看见光的衍射现象也并不困难,只要把两支圆杆铅笔并拢来,形成一条狭缝,然后通过狭缝来看细长的光源,(简单的办法是在纸片上切一条长孔,把它对着电灯,被电灯照亮的长孔就成了一个狭细的光源)就能看到衍射的花样。隔着篾子或细麻纱手帕来看光源,也可以看见光的衍射现象。

【10】光通过大小跟光的波长相差不太多的细小物体时,也要发生衍射现象,这就限制了显微镜成象的清晰性,从而也限制了显微镜的放大倍数。显微镜成象首先要用光把标本照亮,然后从物体各部分反射出来的光通过透镜成象.如果物体太小,光照上去会引起衍射现象,从而产生衍射花样,那么就不可能通过透镜形成它清晰的象来,这时候即使增加放大倍数也无济于事。从这一意义上说,光学显微镜的放大倍数,和把相邻两点清晰地分辨开来的本领都受到了限制。我们在第五章光学仪器中介绍显微镜的放大率时,曾经说明光学显微镜的放大率最大只能到达 3000 倍,而不能再进一步提高,主要也就是这个道理。

【11】光的衍射现象,再一次证明光具有波动性。

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