第3節(jié) 光的衍射

第3節(jié)光的衍射一、衍射現(xiàn)象1．填一填(1)定義：光繞過障礙物偏離

的現(xiàn)象。(2)衍射圖像：衍射時產(chǎn)生的明暗相間的

或

。(3)圓孔衍射：光通過小孔時(孔很小)在屏幕上會出現(xiàn)

相間的圓環(huán)。(4)單縫衍射：單色光通過狹縫時，在屏幕上出現(xiàn)

相間的條紋，中央為亮條紋，中央條紋最

最亮，其余條紋變

變暗；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)

_____條紋，中央為

條紋。直線傳播圓環(huán)條紋明暗明暗寬窄彩色白2．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)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。

()3．想一想單色光單縫衍射的圖樣有哪些特點？

提示：(1)中央條紋亮而寬。如圖所示。 (2)兩側(cè)亮條紋具有對稱性，亮條紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱?！痢痢潭?、衍射對分辨本領(lǐng)的影響、衍射光柵1．填一填(1)分辨本領(lǐng)

①一個光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)是指將兩個相互靠近的物體的

分離開來的能力。

②光學(xué)顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器，其透鏡就相當(dāng)于

，透鏡直徑越小，產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)就越

。(2)衍射光柵

①結(jié)構(gòu)：有許多等寬的狹縫

排列起來形成的光學(xué)元件。狹縫的個數(shù)越多，衍射條紋的寬度越窄，亮度越高。圓孔像低等距離

②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

。

③衍射光柵的種類：

光柵和

光柵。2．判一判(1)光學(xué)儀器透鏡的口徑越小分辨率越高。

()(2)光學(xué)儀器利用波長越短的光分辨率越高。

()(3)白光經(jīng)過光柵后能被分解并形成彩色條紋。

()增加透射反射×√√3．選一選孔雀開屏?xí)r羽毛上形成閃爍絢麗的色彩，瀑布在陽光下呈現(xiàn)的彩虹以及通過狹縫觀察發(fā)光的日光燈時看到的彩色條紋，這些現(xiàn)象分別屬于

(

)A．光的干涉、色散和衍射現(xiàn)象B．光的干涉、衍射和色散現(xiàn)象C．光的衍射、色散和干涉現(xiàn)象D．光的衍射、干涉和色散現(xiàn)象解析：孔雀細(xì)密的羽毛就像有規(guī)律地排列在一起的反射光柵，使多束反射光相互干涉。瀑布濺起的小水滴相當(dāng)于棱鏡，在陽光下呈現(xiàn)的彩虹是色散現(xiàn)象。通過狹縫觀察發(fā)光的日光燈時看到的彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象，故A正確。答案：A

探究(一)

衍射現(xiàn)象和衍射圖樣[問題驅(qū)動]取3塊不透光的板，在每塊板的中間各開1個圓孔，3塊板所開的圓孔大小不一。先用點光源照射圓孔最大的那塊板，在屏上會出現(xiàn)一個明亮的圓形光斑，如圖(a)；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖(b)；最后用圓孔最小(直徑約為1mm)的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖(c)。(1)屏上圖(b)產(chǎn)生了什么現(xiàn)象？(2)比較屏上圖(b)和圖(c)，說明了什么？提示：(1)衍射現(xiàn)象。(2)孔越小，衍射現(xiàn)象越明顯。

[重難釋解]1．單縫衍射(1)中央條紋最亮，越向兩邊越暗；條紋間距不等，中央條紋最寬，兩邊條紋寬度變窄。(2)縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮條紋的亮度降低。(3)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，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。(4)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。2．圓孔衍射(1)圓孔衍射：如圖甲所示，當(dāng)擋板AB上的圓孔較大時，光屏上出現(xiàn)圖乙所示的圓形亮斑(光的直線傳播)；減小圓孔，光屏上出現(xiàn)光源的像(小孔成像)；當(dāng)圓孔很小時，光屏上出現(xiàn)圖丙所示的亮、暗相間圓環(huán)(衍射圖樣)。(2)圓孔衍射的圖樣特征：①單色光的圓孔衍射圖樣：中央亮圓的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)；越向外，圓(亮)環(huán)亮度越低。②白光的圓孔衍射圖樣：中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環(huán)。3．泊松亮斑(1)各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，若在單色光(如激光)傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑。(2)形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。(3)周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小。

某同學(xué)使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進(jìn)行光的衍射實驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是

(

)[解析]

單縫衍射條紋中間寬，兩側(cè)越來越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故B對。[答案]

B[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．在觀察光的衍射現(xiàn)象的實驗中，通過緊靠眼睛的卡尺測量腳形成的狹縫觀看遠(yuǎn)處的線狀白熾燈絲(燈絲或燈管都要平行于狹縫)，可以看到 (

)A．黑白相間的直條紋 B．黑白相間的弧狀條紋C．彩色的直條紋

D．彩色的弧狀條紋解析：白熾燈(或日光燈管)發(fā)出的光是復(fù)色光，其中各種色光的波長不同，產(chǎn)生的單縫衍射的圖樣中條紋寬度和間距都不相同，因此各單色光亮條紋或暗條紋不能完全重疊在一起，所以成為彩色條紋，因為是通過狹縫觀看，所以是彩色直條紋，故選項C正確，A、B、D錯誤。答案：C

2．如圖所示，A、B兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖樣，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。解析：題圖A中出現(xiàn)明暗相間的條紋，是衍射現(xiàn)象，題圖B中出現(xiàn)圓形亮斑。只有障礙物或孔的尺寸接近光的波長時，才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。題圖A是光的衍射圖樣，由于光波波長很短，約在10－7m數(shù)量級上，所以題圖A對應(yīng)的圓孔的孔徑比題圖B所對應(yīng)的圓孔的孔徑小。題圖B的形成可以用光的直線傳播解釋。

答案：衍射小于探究(二)

“對比法”區(qū)分雙縫干涉和單縫衍射[問題驅(qū)動]如圖甲、乙所示是單色光通過窄縫后形成明暗相間的兩種條紋圖樣，哪個圖為單縫衍射的圖樣？提示：甲圖，甲圖中的條紋寬度不等，中央寬，兩側(cè)窄，應(yīng)為單縫衍射圖樣。乙圖中的條紋等寬等距，應(yīng)為雙縫干涉圖樣。

[重難釋解]1．單縫衍射與雙縫干涉的對比

單縫衍射雙縫干涉不同點產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象頻率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中央條紋最亮，兩邊最暗條紋清晰，亮度基本相等相同點成因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)果意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波2．三點提醒(1)單縫衍射可以理解為若干個光源的干涉，從而理解條紋相間排列。(2)光波的波長增大，衍射條紋、干涉條紋的寬度都變大。(3)復(fù)色光的衍射或干涉圖樣，可認(rèn)為各單色光單獨衍射或干涉所成圖樣的疊加。

利用圖1所示的裝置(示意圖)，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關(guān)于P處放置的光學(xué)元件說法正確的是(

)A．甲對應(yīng)單縫，乙對應(yīng)雙縫B．甲對應(yīng)雙縫，乙對應(yīng)單縫C．都是單縫，甲對應(yīng)的縫寬較大D．都是雙縫，甲對應(yīng)的雙縫間距較大[解析]

單縫衍射圖樣的中央條紋亮且寬，相鄰條紋間距不等；雙縫干涉圖樣中相鄰條紋間距相等。根據(jù)題目中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，A選項正確。[答案]

A[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．如圖所示的4幅明暗相間的條紋圖樣，分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)。則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是(

)A．紅黃藍(lán)紫 B．紅紫藍(lán)黃C．藍(lán)紫紅黃

D．藍(lán)黃紅紫解析：雙縫干涉條紋是等間距的條紋，單縫衍射條紋是中間最寬、兩邊越來越窄的條紋，因此甲、丙是干涉條紋，乙、丁是衍射條紋。干涉條紋中，光的波長越長，條紋越寬，因此甲是紅光，丙是藍(lán)光。同一單縫衍射條紋，波長越長，條紋越寬，因此乙是紫光，丁是黃光。答案：B

2．(2022·山東等級考)(多選)某同學(xué)采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫S1、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是(

)A．圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過狹縫時，也發(fā)生了衍射B．遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C．照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D．照射兩條狹縫時，若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是暗條紋答案：ACD一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．(選自人教版新教材課后練習(xí))在擋板上安裝一個寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，縫后放一個光屏。用平行單色光照射狹縫，當(dāng)縫的寬度較小時，我們會從光屏上看到衍射條紋。此時，如果進(jìn)一步調(diào)小狹縫的寬度，所看到的衍射條紋有什么變化？做這個實驗，看你的判斷是否正確。也可以用游標(biāo)卡尺兩個卡腳之間的縫隙做單縫，用眼睛通過這個單縫觀察線狀光源。提示：進(jìn)一步調(diào)小狹縫的寬度，會看到衍射條紋更加清晰，但條紋亮度變暗。2．用物理知識討論假想中的衍射現(xiàn)象?？梢姽獾牟ㄩL是微米數(shù)量級的，人眼的瞳孔直徑是毫米數(shù)量級的。假想有一種眼睛的瞳孔直徑是微米數(shù)量級的，視網(wǎng)膜非常靈敏，能感覺非常微弱的光線，這時所看到的外部世界將是一幅什么景象？提示：若眼睛的瞳孔是微米數(shù)量級，則可見光進(jìn)入眼睛都可發(fā)生明顯的衍射，這時看到的外部世界都是一些衍射圖樣，色彩斑斕，模糊不清。二、注重學(xué)以致用和思維建模1．下列屬于光的衍射現(xiàn)象的是

(

)A．雨后美麗的彩虹B．對著日光燈從兩鉛筆的縫中看到的彩色條紋C．陽光下肥皂膜上的彩色條紋D．光通過三棱鏡產(chǎn)生的彩色光譜解析：雨后的彩虹和光通過三棱鏡產(chǎn)生的彩色光譜都是光的折射現(xiàn)象，陽光下肥皂膜上的彩色條紋是光的薄膜干涉現(xiàn)象，對著日光燈從兩鉛筆的縫中看到的彩色條紋是單縫衍射現(xiàn)象，故本題應(yīng)選B項。答案：B

2．(多選)