新人教版高中物理選修3-4第十三章光第5節(jié)光的衍射學(xué)案

1、第5節(jié)光的衍射核心素養(yǎng)定位 >>1 .知道光的衍射現(xiàn)象和產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。2 . 了解如何通過實驗觀察光的衍射現(xiàn)象并可以區(qū)分幾種不同的衍射圖樣。3 .能解釋日常生活中的衍射現(xiàn)象并初步了解衍射光柵。Q 4 課前自 主學(xué)習(xí) KEQIANZ:一、光的衍射1 .光的衍射現(xiàn)象：光能夠繞過口 01障礙物而到達(dá)“陰影”區(qū)域的現(xiàn)象。2 .產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔、縫的尺寸口 絲比波長小或跟波長相差不多。3 .幾種衍射現(xiàn)象(1)單縫衍射單色光的衍射：條紋是一些口 03明暗相間的條紋,中央條紋口 04最寬、坐最亮,離中央條 紋越遠(yuǎn)，亮條紋的寬度口 06越小,亮度巫越低。白光的衍射：條紋

2、中間為口 08白色條紋,兩側(cè)為口更彩色條紋。(2)圓孔衍射：中間是大且亮的口 10圓形亮斑,周圍分布著明暗相間的口 上同心圓環(huán),且越靠 外，圓形亮條紋的亮度口 12越弱,寬度E3越小。(3)泊松亮斑：若在單色光傳播途中，放一個不透光的圓盤，會發(fā)現(xiàn)在陰影的中心有一個亮斑,這就是著名的泊松亮斑。二、衍射光柵由許多堂等寬的狹縫坐等距離地排列起來形成的光學(xué)元件。和單縫衍射相比，衍射光柵 的衍射條紋的寬度口”變窄,亮度N4增加。衍射光柵分為口 05透射光柵禾口呈反射光柵兩類。判一判(1)白光通過盛水的玻璃杯，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，可看到彩色光，是光的衍射現(xiàn)象。()(2)菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色，是光的折射現(xiàn)象。()

3、(3)用兩支圓柱形鉛筆并在一起，形成一個狹縫，使狹縫平行于日光燈，會看到彩色的衍射條紋。()(4)衍射光柵的圖樣與單縫衍射相比，衍射條紋的亮度增加，寬度變寬。()提示：(1) X (2) X (3) V (4) X想一想(1)白光經(jīng)單縫衍射和雙縫干涉產(chǎn)生的條紋有什么共同特點？提示：都是中央為白色條紋，兩側(cè)為彩色條紋。(2)光遇到小孔、單縫或障礙物時，衍射現(xiàn)象可能發(fā)生，也可能不發(fā)生，這種說法對嗎？提示：不對。光遇到小孔、單縫或障礙物時，一定發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是有明顯與不明顯 之分，無發(fā)生與不發(fā)生之別。02 K,課堂探究評價 KETANCjTANUUPZJIA =二課堂任務(wù)光的衍射回國圃困4 .對光

4、的衍射的理解(1)衍射現(xiàn)象和衍射條紋衍射現(xiàn)象：光通過很窄的縫或很小的孔時，光沒有沿直線傳播，而是繞過縫或孔的邊 緣傳播到相當(dāng)寬的地方的現(xiàn)象。衍射條紋特點：衍射條紋是一些明暗相間的條紋，中央條紋最寬、最亮，離中央條紋 越遠(yuǎn)，亮條紋的寬度越小，亮度越低。(2)光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔、縫的尺寸比波長小或跟波長相差不多。5 .三種衍射圖樣的比較(1)單縫衍射圖樣t h)白光中央條紋最亮，越向兩邊越暗，條紋間距不等。越靠外，條紋間距越小。縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮紋的亮度降低。中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關(guān)，入射光波長越大，單 縫越窄，中央亮條紋的

5、寬度及條紋間距就越大。用白光做單縫衍射時，中央亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中央亮條紋仍然最寬 最亮(圖(b)。(2)圓孔衍射圖樣中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋 的亮度越弱，寬度越小。如圖所示。四HL所射圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱。用不同色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮 斑的直徑越大。白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環(huán)。只有圓孔足夠小時才能得到明顯的衍射圖樣。在圓孔由較大直徑逐漸減小的過程中，教學(xué)信息分享網(wǎng)光屏依次得到幾種不同的現(xiàn)象一一圓形亮斑（光的直線傳播）、光源的

6、像（小孔成像）、明暗相間的圓環(huán)（衍射圖樣）、完全黑暗。11卷亮卬 不透光的圓盤的衍射圖樣中央是亮斑（泊松亮斑）。周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小。6 .單縫衍射與雙縫干涉的比較項目名稱單縫衍射雙縫干涉產(chǎn)生條件任何光都能發(fā)生頻率相同、相位相 同、振動方向相同 的兩列光波相遇 疊加條紋寬度條紋寬度不等，中 央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度成因意義中央條紋最亮弓兩條紋清晰，亮度基邊最暗本相等都有明暗相間的條紋,條紋都是光波疊 加時加強(qiáng)或削弱的結(jié)果都是波特有的現(xiàn)象表明光;是一種波7 .衍射光柵(1)衍射光柵的結(jié)構(gòu)：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學(xué)元件。(2

7、)衍射圖樣的特點：與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。(3)衍射光柵的種類：反射光柵、透射光柵。例(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A.光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射B.白光的單縫衍射圖樣是黑白相間的直條紋C.雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象D.雙縫干涉圖樣與單縫衍射圖樣中的條紋寬度都是均勻的，只是亮度規(guī)律不同bl黑歌翹8 1 (i)光照射到不透明的物體上一定能發(fā)生衍射嗎？提示：一定能發(fā)生衍射，只是有的衍射不明顯，我們不易觀察到。(2)單色光的單縫衍射條紋與白光的有何不同？提示：單色光的單縫衍射條紋是明暗相間的，白光的單縫衍射條紋中央是白色的，兩側(cè) 是彩色的。規(guī)

8、范解答光照到不透明圓盤上，在其陰影處出現(xiàn)亮斑，是衍射現(xiàn)象，A正確；白光的單縫衍射圖樣中央是白色條紋兩側(cè)是彩色條紋，B錯誤；雙縫干涉中也存在單縫衍射現(xiàn)象，C正確；雙縫干涉圖樣中的條紋寬度是均勻的，單縫衍射圖樣中的條紋寬度是不均勻的，D錯誤。完美答案AC|規(guī)律*披1區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法(1)根據(jù)條紋的寬度區(qū)分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的；而單縫 衍射的條紋，中央亮條紋最寬，兩側(cè)的條紋變窄。(2)根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分：雙縫干涉條紋從中央亮條紋往兩側(cè)亮度變化很??；而單縫衍射條紋中央亮條紋最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗。變式訓(xùn)練如圖所示，a、b、c、d四個圖是不同的單色光

9、形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣。分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是()A. a、b是光的干涉圖樣b圖樣的光的波長短 d圖樣的光的波長短B. c、d是光的干涉圖樣C.形成a圖樣的光的波長比形成D.形成c圖樣的光的波長比形成答案 A解析 雙縫干涉圖樣的條紋等間距，單縫衍射圖樣的條紋中央亮條紋最寬，兩側(cè)亮條紋 變窄，A正確，B錯誤；無論是雙縫干涉還是單縫衍射，形成的圖樣中，條紋間距大的波長長,C D錯誤。03 h課后課后作業(yè) KEHOUKESHIZUOYE=A組：合格性水平訓(xùn)練1 .（衍射現(xiàn)象）點光源照在一個剃須刀片上，在屏上形成了它的影子，其邊緣較為模糊， 原因是（）A.光的反射 B .光強(qiáng)太小C

10、.光的干涉 D .光的衍射答案 D解析 這是由于光在刀片邊緣處產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，在陰影邊緣部分有光線到達(dá)，從而使其 影子的邊緣輪廓變得模糊不清，D正確。2 .（衍射圖樣的特點）如圖所示是通過用兩個刀片組成的寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫觀察日光燈 光源時所看到的四個圖象。當(dāng)狹縫寬度從1.8 mm逐漸變小時，所看到的四個圖象的順序是（）A. abcd B . dcba C . bacd D . badc答案 A解析 當(dāng)孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長相近甚至比波長更小時即能發(fā)生明顯的衍 射現(xiàn)象。顯然狹縫寬度 1.8 mm遠(yuǎn)大于光的波長，故不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，根據(jù)光的直線 傳播原理，此時我們看到的應(yīng)該是條紋狀

11、的光斑，即圖象 a,隨狹縫的寬度的減小，光斑的寬 度逐漸減小，在發(fā)生明顯衍射前看到圖象b;當(dāng)發(fā)生明顯衍射時，隨狹縫的寬度逐漸變小，衍射條紋的寬度逐漸變大，而條紋寬度較小的是c,條紋寬度較大的是 d,所以先觀察到 c,再觀察到do綜上所述，當(dāng)狹縫寬度從0.8 mm逐漸變小時，我們依次看到的四個圖象的順序是abcd, A 正確。3 .（衍射圖樣的特點）觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2 mm逐漸增大到0.8 mm,看到的現(xiàn)象是（）A.衍射條紋的間距逐漸變小，衍射現(xiàn)象逐漸不明顯B.衍射條紋的間距逐漸變大，衍射現(xiàn)象越來越明顯C.衍射條紋的間距不變，只是亮度增強(qiáng)D.以上現(xiàn)象都不會發(fā)生 答案 A解析 由單

12、縫衍射實驗的調(diào)整與觀察可知，狹縫寬度越大，衍射現(xiàn)象越不明顯，衍射條紋越窄，條紋間距也越小，A正確，日C D錯誤。4 .（圓孔衍射與圓盤衍射的區(qū)別 ）用單色光通過小圓盤與小圓孔做衍射實驗時，在光屏上得到衍射圖樣，它們的特點是 （）A.用小圓盤時中央是暗的，用小孔時中央是亮的B.用小圓盤時中央是亮的，用小孔時中央是暗的C.中央均為亮點的同心圓條紋D.中央均為暗點的同心圓條紋答案 C解析 小孔或小圓盤的衍射圖樣，都是一系列明暗相間的圓形衍射條紋，這些條紋是一 系列同心圓，且中央均為亮點，故 C正確。5 .（衍射光柵）（多選）關(guān)于衍射光柵，下列說法正確的是 （）A.衍射光柵是由許多等寬度的狹縫組成的B

13、 .衍射光柵分為透射光柵和反射光柵兩類C.透射光柵中刻痕的部分相當(dāng)于透光的狹縫D.透射光柵中未刻痕的部分相當(dāng)于透光的狹縫答案 ABD解析 衍射光柵是由許多等寬度的狹縫組成的，分為透射光柵和反射光柵兩類，對于透 射光柵來說，當(dāng)光照到刻痕上時，由于光發(fā)生漫反射而不太透光，未刻痕的部分相當(dāng)于透光 的狹縫，故A、R D正確，C錯誤。6 .（光的干涉和衍射的區(qū)別）關(guān)于光的干涉和衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A.光的干涉現(xiàn)象遵循波的疊加原理，衍射現(xiàn)象不遵循波的疊加原理B.白光的干涉條紋是彩色的，衍射條紋是黑白相間的C.光的干涉現(xiàn)象說明光具有波動性，光的衍射現(xiàn)象不能說明這一點D.光的干涉和衍射現(xiàn)象都是光波疊

14、加的結(jié)果答案 D解析 光的干涉現(xiàn)象和光的衍射現(xiàn)象都是波的特有現(xiàn)象，都是光波疊加的結(jié)果；從條紋 特點看，雖然在條紋寬度、間距方面有所區(qū)別，但單色光的干涉條紋、衍射條紋都是明暗相 間的，白光的干涉條紋、衍射條紋都是彩色的，D正確，A、B C錯誤。7 .（衍射圖樣的特點）A、B兩圖是由某單色光分別照射到兩個不同的圓孔所形成的圖樣， 其中圖A是光的（填“干涉”或“衍射”）圖樣。由此可以判斷出圖A所對應(yīng)的圓孔的孔徑（填“大于”或“小于”）圖B所對應(yīng)的圓孔的孔徑。答案衍射小于解析 圖A是明暗相間的不等間距的圓環(huán)，是光的衍射圖樣。圖B出現(xiàn)亮斑，是因為孔徑較大，光沿直線傳播，所以圖A所對應(yīng)的圓孔的孔徑小于圖

15、B所對應(yīng)的圓孔的孔徑。B組：等級性水平訓(xùn)練8 .（光的干涉和衍射的區(qū)別）一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。現(xiàn)將其中一條窄縫擋住，讓這束紅光只通過一條窄縫，則在光 屏上可以看到（）A.與原來相同的明暗相間的條紋，只是亮條紋比原來暗些B.與原來不相同的明暗相間的條紋，而中央亮條紋變寬些C.只有一條與縫寬對應(yīng)的亮條紋D.無條紋，只存在一片紅光答案 B解析 紅光射向雙縫時，光屏上呈現(xiàn)了干涉條紋，說明兩縫都很窄，能夠滿足使紅光發(fā) 生明顯衍射的條件，則擋住一條窄縫后，在屏上得到的是單縫衍射圖樣。衍射圖樣和干涉圖 樣的異同點：中央都出現(xiàn)亮條紋，但衍射圖樣中央亮條紋

16、較寬；兩側(cè)都出現(xiàn)明暗相間的條紋， 干涉圖樣兩側(cè)為等間距的明暗相間的條紋，而衍射圖樣兩側(cè)為不等間距的明暗相間的條紋， 且亮條紋的亮度由中央向兩側(cè)逐漸減弱，故選B。9 .（衍射圖樣的比較）如圖所示的甲、乙、丙、丁圖形中，屬于有著名的泊松亮斑的衍射A.甲、丙B .甲、丁C.乙、丙 D .乙、丁答案 A解析 甲圖是有泊松亮斑的衍射圖樣，乙圖是圓孔衍射圖樣，丙圖是單縫衍射圖樣，丁 圖是雙縫干涉圖樣， A正確，B、C、D錯誤。10 .（光的衍射的應(yīng)用）（多選）抽制細(xì)絲時可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過 細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則（）A.這是利用光的干涉現(xiàn)象B.這是利

17、用光的衍射現(xiàn)象C.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲粗了D.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲細(xì)了答案 BD解析 當(dāng)障礙物的尺寸與波的波長相當(dāng)或小于波的波長時，會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，該 裝置利用了光的衍射現(xiàn)象；如果屏上條紋變寬，表明細(xì)絲變細(xì)，故B、D正確。11 .（折射與干涉、衍射的綜合）如圖所示，a、b兩束光以不同的入射角由介質(zhì)射向空氣, 結(jié)果有相同的折射角。下列說法正確的是（）A. b光在該介質(zhì)中的折射率比 a光大B.做單縫衍射實驗時，若其他條件相同，用b光產(chǎn)生的中央亮條紋要比用 a光產(chǎn)生的中央亮條紋寬C.用a光更易觀測到泊松亮斑D.做雙縫干涉實驗時，若其他條件相同，用a光產(chǎn)生的干涉圖樣中的條紋間

18、距要比用b光產(chǎn)生的條紋間距大答案 B解析 由光路圖可知，a光偏折程度較大，故其在該介質(zhì)中的折射率較大，頻率較大， 波長較短；b光偏折程度較小，在該介質(zhì)中的折射率較小，波長較長，易發(fā)生衍射，故用 b光 更易觀測到泊松亮斑，A、C錯誤。做單縫衍射實驗時，若其他條件相同，波長越長，中央亮紋越寬，所以用 b光產(chǎn)生的中央亮條紋較寬，B正確。做雙縫干涉實驗時，若其他條件相同，用b光產(chǎn)生的干涉圖樣中的條紋間距較大，D錯誤。12 .（綜合）（1）（多選）下列說法正確的是（）A.光在任何情況下都能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B.單縫的寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯C.光的衍射現(xiàn)象為光的波動說提供了有力的證據(jù)D.光的衍射現(xiàn)象并未否定光的直線傳播結(jié)論E.陽光下茂密的樹陰中地面上的圓形亮斑是太陽的像（2）某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，利用游標(biāo)卡尺兩腳之間形成的狹縫觀察光的衍射。若某次觀察光的衍射時游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖所示，則卡尺兩腳間的狹縫