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光衍射:肥皂泡的五彩奇观

【摘要】:光衍射为什么肥皂泡是五彩缤纷的我们经常会做吹泡泡的小游戏,五彩缤纷的肥皂泡看起来非常美丽,飘舞在空中,就仿佛置身于童话世界一样。当你读完下面这一小节,了解了光的衍射后,你就会明白肥皂泡为什么会有这样多姿多彩的颜色了。这就是产生光的衍射的条件。用单色光照射时效果好一些,如果用复色光,则看到的衍射图案是彩色的。五颜六色的泡泡在日常生活中,最常见到的光的衍射现象就是五颜六色的肥皂泡。

光衍射 为什么肥皂泡是五彩缤纷的

我们经常会做吹泡泡的小游戏,五彩缤纷的肥皂泡看起来非常美丽,飘舞在空中,就仿佛置身于童话世界一样。当你读完下面这一小节,了解了光的衍射后,你就会明白肥皂泡为什么会有这样多姿多彩的颜色了。

光衍射现象

光在传播过程中,遇到小孔(窄缝)或障碍物时,有离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象,这种现象叫做光的衍射。

由于光的波长很短,只有十分之几微米,通常物体都比它大得多,但是当光射向一根细丝、一条狭缝、一个针孔时,就能够清楚地看到光的衍射。这就是产生光的衍射的条件。用单色光照射时效果好一些,如果用复色光,则看到的衍射图案是彩色的。

就光的衍射而言,依实验条件不同,会出现两种完全不同的衍射现象:当超声波频率较高,并且光束穿越声场的作用距离较大的情况下,类似于X 射线在点阵上的衍射作用,光束通过声场以后,在出射光束的一侧出现较强的一级衍射光,服从布格父子提出的理论,因此被称为布格衍射;而当超声波的频率不太高,并且光束穿越声场的作用距离较小的情况下,声波引起媒质折射率的周期性变化起着相位光栅的作用,使通过的光束产生多级衍射,分布在出射光束两侧,这种现象被称为曼—纳特衍射。不管在哪一种衍射的情况下,衍射光束都要产生偏转、频移和强度变化,变化的量值则随声波的强度、波长和传播速度等参量而改变。在科学应用及工业化生产中,声光作用的应用就是利用衍射光束的这些性质来实现的。

意大利的物理学家格里马地最早发现了光的衍射现象。1665年,格里马地在他出版的一本书中记载观察到光线通过棍棒后的强弱分布并没有截然的边界,不能用当时通行的光的微粒说来解释。1678年,荷兰物理学家惠更斯提出了惠更斯原理,用波动说解释衍射。1882年,德国物理学家基尔霍夫用积分定理建立衍射理论。科学家们一步步将光的衍射现象的谜团解开了。(www.chuimin.cn)

五颜六色的泡泡

在日常生活中,最常见到的光的衍射现象就是五颜六色的肥皂泡。肥皂泡泡是由一层像透明的玻璃纸一样薄的肥皂膜形成的,所以,当阳光射到肥皂膜上时,它的里面和外面都会产生反射。而看似无色的阳光实际上是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等7种单色光组成的复光,如果在肥皂膜的某处,某种色光得到加强,呈现出的就会是另外一种颜色了。比如说,在肥皂泡的一部分,正好使两股反射回来的红光相抵消,那么在这个地方就看不到红光而只是显示出蓝绿色。

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小孔成像实验

小孔成像

我国的著名学者墨翟和他的学生,在两千四五百年以前,做了世界上第一个小孔成倒像的实验,他们指出了光沿直线进行的性质,解释了小孔成倒像的原因。这是历史上第一次对光直线传播作出科学解释。小孔成像是用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间,屏幕上就会形成物的倒像,前后移动中间的板,像的大小也会随之发生变化,我们把这样的现象叫小孔成像。小孔成像反映了光沿直线传播的性质。