高中物理光的干涉和衍射的区别

河北 石晓兵

一、光的干涉和衍射

由于物质发光的特性，任何两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象，只有采用特殊方法，从同一光源分离出两列频率相同的光波叠加，才可发生干涉现象．双缝干涉、薄膜干涉等都是采用这种“分光”的方法而获得光源的．衍射现象为光直接通过孔或缝等的光波叠加形成．结合光的干涉和衍射现象的具体操作，可以得出复色光干涉和衍射现象的方法：凡是通过“一分为二”形成的图样即为干涉，否则为衍射。

例1．如图1所示，图(a)为单缝，图(b)为双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远的位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示明条纹)如图(c)(d)所示，则下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是： ( )

A．图(c)表示单缝衍射条纹，图(d)表示双缝干涉条纹； B．单缝S越宽，越容易观察到对应的明暗条纹； C．双缝间距离越短，对应条纹间距越大；

D．照射双缝的单色光波长越长，对应条纹间距离越小．

解析：光通过单缝会发生衍射，通过双缝会发生干涉，两者都会产生明暗相间的条纹，但干涉条纹宽度都一样，而衍射条纹中间宽、两侧越来越窄，所以(c)为干涉条纹，(d)为衍射条纹，对于衍射，缝越窄，条纹越宽，条纹越明显(但其亮度逐渐变暗)；而缝越宽，条纹越模糊，所以A、B两项均不正确，双缝干涉时，双缝间距越小，波长越长，条纹越宽，所以C选项正确，D选项错误．故此题正确答案为C． 方法点拨：双缝干涉和单缝衍射是证明光具有波动性的典型实验，双方都能产生明暗相间的条纹，但条纹特点不同，其中双缝干涉产生的条纹宽度可用公式?x?L?表示，其中d△x表示条纹的宽度，d为两缝间距离，L为屏到双缝的距离，λ为单色光的波长．

二、干涉和衍射图样

观察、比较干涉和衍射图样，了解它们的特点和区别，是培养分析问题和观察问题能力重要手段．

光的干涉和衍射均为波的叠加行为，所得到的条纹都是明暗相间的，都可以证明光的波动性，但它们之间还有许多不同点．现归纳如下： 1. 现象不同

光的干涉是满足相干条件的光的空间里相互叠加而形成的明暗相间的条纹，而光的衍射是光在传播空间里偏离直线传播而形成的明暗相间的条纹． 2．产生的条件不同

要产生光的干涉，必须满足相干条件：频率相同(相差恒定、振动方向相同)；

要产生光的衍射需要满足的条件是：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或差不多． 3．产生的机理不同

干涉是双缝处发出的两列波在屏上叠加，当两列波到达屏上的某点的距离差等于波长的整数倍时，该点是振动加强点，因而出现明条纹；当两列波到达屏上某点的距离差等于半波长的奇数倍时，该点是振动减弱点，因而出现暗条纹． 衍射是从单缝处产生无数多个子波，这些子波到达屏时相互叠加，它们在屏上不同点叠加时，其相互减弱的程度有规律地变轻或变重，在轻微处出现明条纹，在严重处出现暗条纹． 4．图样不同

以单色光为例：干涉图样是互相平行的且条纹宽度相同，中央和两侧的条纹没有区别； 而衍射条纹是平行不等距的，中央明条纹又宽又亮，两边条纹宽度变窄，亮度也明显减弱．

例2．如图2所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光通过一个双缝干涉仪器形成的干涉图样和黄光、紫光通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分代表亮纹)，那第1、2、3、4四个图中亮纹的颜色依次是( )

A．红黄蓝紫； B．红紫蓝黄； C．蓝紫红黄； D．蓝黄红紫．

解析：由于双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮纹最宽最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此，1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹．又双缝干涉条纹宽度(即相邻明、暗条纹间距)△x与两缝间距离d、狭缝到屏的距离L及光波波长 λ有关，其关系式为?x?L?，在L和d都不变的情况下，干涉条纹间距△x与波长λ成正d比，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝光．而在单缝衍射中，当单缝的宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即中央条纹越宽越亮，而黄光波长比紫光波长长，则黄光的中央条纹又宽又亮，即2、4分别对应于紫光和黄光．

综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红光、紫光、蓝光、黄光．故正确答案为B． 方法点拨：本题考查干涉和衍射条纹各自的特点和区别，双缝干涉和单缝衍射尽管都产生明暗相间的条纹，但它们也有不同，因此，我们一定要注意它们的区别．

本题易错之处主要是：一是对双缝干涉、单缝衍射条纹分不清；二是对影响双缝干涉的条纹间距的因素不熟悉；三是对影响单缝衍射条纹的因素不熟悉．