正在阅读《§第二节 遇见障碍绕道走》
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光是直线前进的。但是,如果路途上经过的媒质种类和性质有了变化,或者碰到了什么别的障碍物,那它就不能继续一直向前跑了。如前面介绍过的,障碍物不透明,光就会回头跑去(反射);障碍物是透明的,光就一头扎进去而拐弯走(折射)。除此之外,光遇见某些障碍物时还会绕过去,这在科学上被称为“绕射”或“衍射”。

光的衍射,简单说来,就是:光在均匀的媒介物质中传播的时候,遇到迎面挡住的障碍物或者开孔,传播路径就会出现弯曲而绕道到障碍物的背后去。换句话说,光的衍射就是光绕道前进的现象。

光,的衍射现象是怎样形成的呢?

我们来看一个小实验吧。将一块石子投进一片平静的水塘里去,水面上就会产生一圈一圈的波纹,并且大圈套小圈、小圈推大圈地向外传播开去。如果在某个地方立置两块木板,这两块木板一字形排开,截断水塘,在两块木板之间留一个口子,则水波在两块木板之间的开口处就会遭到破坏,从而产生复杂的花样。

现在,我们假设波源是一个极小的光源(光学上叫做点光源),它发出的光向周围传播。从波动学说的观点来看,光是以这个点光源为中心,以光波的形式一圈一圈向外传播的。不过,它不同于上述那种水面上的波纹。在这里,光波是以点光源为中心的向周围空间传播的球面波。大球面套小球面;小球面不断长大,里面又产生新的小球面;小球面推大球面,光的球面波就这样向周围空间传播开去。如果在路途上遇到了不透明板的开孔,光波的球面形式在开孔处就遭到了破坏,并且只有一部分波能从开孔处通过,传播就发生了变化。

我们可以把达到开孔的球面波看作母波,把它上面的一切点都看作新的波源,从每一个新的波源发出球面子波。这些球面子波也是向思围传播开去。

但是,如果从光的直线传播观点来看,点光源发出的光,在挡板开孔方向传播,以直径构成的圆为底面的圆锥形空间里。也就是说,只有这部分圆锥空间是被照亮的“几何照明区”,而挡板阻挡住的、圆锥以外的空间是完全黑暗的“几何阴影区”。这两个区域,以圆锥面为界,应有非常清晰的界限才是。

我们放置一个屏,如果光是直线传播的,那末,在屏上应是清晰的圆光斑。但实际上,在“几何阴影区”里有亮环纹,而在“几何照明区”里又有暗环纹。这就说明,光在通过极小的开孔后,不遵守直线前进的规则,光线发生了弯曲,也就是说,光绕道前进了,出现了衍射现象。

光的衍射现象与光的波长或频率有密切关系。我们知道,光的波长很短,就可见光而言,波长范围在3900~7600埃左右。光所遇到的障碍物的开孔孔径同光波波长相比较,其相差量的大小决定了光的衍射的发生条件。

在上述光的衍射例子中,若将那块带开孔的不透明挡板变换一下,改用一个圈孔大小可调的不透明挡板,让点光源照射在这个可调的圆孔上。起初,孔的直径调节到比光的波长大得多,在孔后适当位置的屏上会出现一个圆形轮廓清晰的明亮光斑,这说明光是沿直线传播开去的。然后,逐渐把孔径调小,直到孔的直径比光的波长大而又相差不多的时候,屏上除了原来正对小孔处有圆形的亮斑外,外围就出现了明暗相间的花样。这表明光已绕射到小孔的外面去了,形成了衍射花样,整个衍射花样分布的面积比原来的光斑要大得多。这就说明,光已经不是沿直线传播而产生明显的衍射现象。

我们再将上面那种可调节圆孔换成可调节宽度的单狭缝,让一个有直线灯丝的光源照射在狭缝上。当缝宽较大时,狭缝后的光屏上出现的是一条轮廓清晰的光带;将狭缝宽度逐渐调小,光屏上就会出现衍射条纹,而且中间的亮条纹最亮,旁边的亮条纹则比较暗。

我们可以用铅笔做一个简单的衍射实验。把两支铅笔并拢在一起,中间留个小小的缝隙,透过这个“单狭缝”去看电灯,就可以见到单缝的衍射条纹。

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