4.5 光的衍射 導(dǎo)學(xué)案-2021-2022學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)

1、4.5光的衍射導(dǎo)學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)：1理解光的衍射現(xiàn)象，進(jìn)一步了解光的波動(dòng)性；理解衍射條紋與縫寬的關(guān)系。2. 區(qū)分單縫衍射、小孔衍射、圓盤衍射圖樣；區(qū)分單縫衍射與雙縫干涉條紋。學(xué)習(xí)過程： 機(jī)械波能夠發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，光可以發(fā)生干涉現(xiàn)象，證明了光的波動(dòng)性。那么光可以發(fā)生衍射現(xiàn)象嗎？ 在擋板上安裝一個(gè)寬度可調(diào)的狹縫，縫后放一個(gè)光屏。用單色平行光照射狹縫，當(dāng)縫比較寬時(shí)，光沿著直線通過狹縫，在屏上產(chǎn)生一條與縫寬相當(dāng)?shù)牧翖l紋。但是，當(dāng)縫調(diào)到很窄時(shí)，盡管亮條紋的亮度有所降低，但是寬度反而增大了，而且還出現(xiàn)了明暗相間的條紋單縫衍射示意圖這表明，光沒有_，它繞過了縫的邊緣，傳播到了_。這就是光的衍射現(xiàn)象。如圖是在

2、一次實(shí)驗(yàn)中拍攝的屏上亮條紋的照片，上圖的狹縫較窄，衍射后在屏上產(chǎn)生的中央亮條紋反而較 。 單縫衍射產(chǎn)生的圖樣 白光的單縫衍射條紋如果用白光做上述實(shí)驗(yàn)，得到的條紋是彩色的（圖）。這是因?yàn)榘坠庵邪烁鞣N顏色的光，衍射時(shí)不同色光的亮條紋的_不同，于是各種色光就區(qū)分開了。一、光的衍射光通過很小的狹縫(或圓孔)時(shí)，明顯地偏離了_的方向，在屏上應(yīng)該出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)明條紋或亮斑，應(yīng)該屬于亮區(qū)的地方也會(huì)出現(xiàn)_的現(xiàn)象1單縫衍射(1)單色光通過狹縫時(shí)，在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央為 條紋中央條紋最寬最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋(2)波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫窄的

3、中央條紋 ，各條紋間距大；單縫不變時(shí)，光波波長(zhǎng)大的中央條紋 ，條紋間距大思考與討論：為什么狹縫比較寬的時(shí)候，光的衍射現(xiàn)象不明顯呢？從機(jī)械波發(fā)生衍射的條件可知，障礙物(或小孔)的尺寸比波的波長(zhǎng)小或能夠與波長(zhǎng)差不多，就可以發(fā)生衍射，紅光的波長(zhǎng)約為625740nm，縫寬0.2mm時(shí)，二者是可以相比的，所以會(huì)發(fā)生衍射。那么其他形狀的物體，只要尺寸和光的波長(zhǎng)可以相比，也會(huì)發(fā)生衍射嗎？如果物體的尺寸與光的波長(zhǎng)不能相比，光如何傳播？2圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時(shí)，在光屏上出現(xiàn) 的圓環(huán)如圖所示圓孔衍射圓板衍射3圓板衍射(泊松亮斑)(1)若在單色光(如激光)傳播途中放一個(gè)較小的圓形障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)在影的中心有

4、一個(gè) ，這就是著名的泊松亮斑衍射圖樣如圖所示(2)中央是亮斑，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的 的圓環(huán)4. 在障礙物的尺寸可以跟光的波長(zhǎng) ，甚至比光的波長(zhǎng)還 的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯在單縫衍射和圓孔衍射的照片中，都有一些亮條紋和暗條紋。這是由于來自單縫或圓孔上不同位置的光，通過縫或孔之后疊加時(shí)加強(qiáng)或者削弱的結(jié)果。各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生_，致使影的輪廓模糊不清，出現(xiàn)明暗相間的條紋單縫衍射的條紋比較寬，而且距離中央亮條紋較遠(yuǎn)的條紋，_。因此，無論從測(cè)量的精確度，還是從可分辨的程度上說，單縫衍射都不能達(dá)到實(shí)用要求。實(shí)驗(yàn)表明，如果增加狹縫的個(gè)數(shù)，_，_。它是由許多等寬的狹縫等距

5、離地排列起來形成的光學(xué)元件。在一塊很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕產(chǎn)生漫反射而不太透光，未刻的部分相當(dāng)于透光的狹縫，這樣就做成了透射光柵。如果在高反射率的金屬上刻痕，就可以做成反射光柵。二、衍射光柵1定義：由許多 的狹縫 地排列起來形成的光學(xué)元件2原理：增加狹縫的個(gè)數(shù)，衍射條紋的寬度變窄，亮度 3種類： 光柵和 光柵例題：關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說法正確的是()A紅光的單縫衍射圖樣是黑白相間的直條紋B白光的單縫衍射圖樣是白黑相間的直條紋C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D光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播，不存在光的衍射三、單縫衍射與雙縫干涉的比較1不同點(diǎn)(

6、1)產(chǎn)生條件eq blcrc (avs4alco1(單縫衍射：只要狹縫足夠小,雙縫干涉：頻率相同的兩列光波相遇疊加)(2)圖樣eq blcrc (avs4alco1(單縫衍射的圖樣是中央為最寬最亮的亮條紋，,兩側(cè)亮條紋變暗變窄,雙縫干涉的圖樣是亮度相同的等間距的條紋)2相同點(diǎn)(1)都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時(shí)加強(qiáng)或減弱的結(jié)果(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波3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

7、化很??；而單縫衍射條紋中央亮條紋最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗例題：如圖所示的四幅明暗相間的條紋，分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)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(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)則在下面的四幅圖中從左到右排列，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)黃紅紫課堂訓(xùn)練：1.對(duì)光的衍射現(xiàn)象的定性分析，不正確的是()A光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象B衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果C光的衍射現(xiàn)象為光的波動(dòng)說提供了有力的證據(jù)D光的衍射現(xiàn)象完全否定了光的直線傳播結(jié)論2.如圖所示，一束寬度為d的平行光沿水平方向傳播，經(jīng)過不透光的

8、擋板后照射到豎直墻面上，過擋板上邊緣的水平延長(zhǎng)線與豎直墻面相交于O點(diǎn)，下列說法正確的是（）A由于光的衍射，可能會(huì)進(jìn)入到O點(diǎn)下方的墻上B光只會(huì)沿直線前進(jìn)，一定不會(huì)進(jìn)入到O點(diǎn)下方的墻上C光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光線進(jìn)入到O點(diǎn)下方墻上的區(qū)域越小D光的能量越大，光線進(jìn)入到O點(diǎn)下方墻上的區(qū)域越大課后作業(yè)：1.光照中的彩色條紋令人印象深刻，裝點(diǎn)出了我們繽紛絢爛的童年世界。下列說法正確的是（）A肥皂泡表面能看到斑斕條紋，是發(fā)生了光的干涉B太陽光通過三棱鏡后出現(xiàn)彩色條紋，是發(fā)生了光的衍射C通過狹縫看日光燈出現(xiàn)彩色條紋，是發(fā)生了光的干涉D夏天雨后看到的彩虹，是發(fā)生了光的衍射2.如圖所示，a、b、c、d四個(gè)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(diǎn)可以得出的正確結(jié)論是()Aa、b是光的干涉圖樣 Bc、d是光的干涉圖樣C形成a圖樣的光的波長(zhǎng)比形成b圖樣的光的波長(zhǎng)短D形成c圖樣的光的波長(zhǎng)比形成d圖樣的光的波長(zhǎng)短3.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果將其中一條縫遮住，那么，在屏上看到的情況是（）A只剩下一條亮紋B仍有原來的干涉條紋，但亮度變暗C有明暗相間的條紋，但中央亮紋亮且寬，其余亮紋亮度迅速減弱D有明暗相間的條紋，但寬度相同，條紋變窄4.圖中S為在水面上振動(dòng)的波源，M、N是水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動(dòng)，兩板中間有一狹縫，此時(shí)測(cè)得A處水面沒有明顯振動(dòng)，為使A處水面也能發(fā)生明顯振動(dòng)，可采用的方法是A

10、使波源的頻率增大 B使波源的頻率減小C移動(dòng)N使狹縫的間距增大 D在不移動(dòng)M板的情況下，不能使A處發(fā)生明顯振動(dòng)5.下列說法不正確的是（）A圖1為檢驗(yàn)工件平整度的裝置，利用了薄膜干涉的原理B圖2為光照射不透明小圓板得到的衍射圖樣C圖3中沙漠蜃景屬于光的全反射現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因是沙漠上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大D圖4的原理和照相機(jī)鏡頭表面加上增透膜的原理是不同的6.做單縫衍射實(shí)驗(yàn)和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，用激光比普通光源效果更好，圖像更清晰。如圖甲所示，如果將感光元件置于光屏上，則不僅能在光屏上看到彩色條紋，還能通過感光元件中的信號(hào)轉(zhuǎn)換，在電腦上看到光強(qiáng)的分布情況。下列說法正確的是()A做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)

11、，光強(qiáng)分布圖如乙所示B做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖如丙所示C做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖如丙所示D做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖如丙所示7.用如圖1所示裝置做圓孔衍射實(shí)驗(yàn)，在屏上得到的衍射圖樣如圖2所示，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光繞過孔的邊緣，傳播到了相當(dāng)大的范圍。下列說法中正確的是（）A這個(gè)實(shí)驗(yàn)用事實(shí)證明了光具有粒子性 B圓孔變小，衍射圖樣的范圍反而變大C圓孔變小，中央亮斑的亮度反而變大 D不同波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)衍射圖樣完全相同8.讓燭光照射到一塊遮光板上，板上有一個(gè)可自由收縮的三角形孔，當(dāng)此三角形孔緩慢地由大收縮變小直到閉合時(shí)，則在孔后的屏上將先后出現(xiàn)的現(xiàn)象(遮住側(cè)面光)()A三角形光斑倒立的燭焰明暗相間的圓環(huán)B三角形光斑圓

12、形光斑倒立的燭焰C倒立的燭焰圓形光斑明暗相間的圓環(huán)D三角形光斑明暗相間的圓環(huán)倒立的燭焰9.單縫衍射實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生圖樣的中央亮條紋寬度的一半與單縫寬度、光的波長(zhǎng)、縫屏距離的關(guān)系，和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生圖樣的相鄰兩亮條紋間距與雙縫間距、光的波長(zhǎng)、縫屏距離的關(guān)系相同利用單縫衍射實(shí)驗(yàn)可以測(cè)量金屬的線膨脹系數(shù)，線膨脹系數(shù)是表征物體受熱時(shí)長(zhǎng)度增加程度的物理量下圖是實(shí)驗(yàn)的示意圖，擋光片A固定，擋光片B放置在待測(cè)金屬棒上端，A、B間形成平直的狹縫，激光通過狹縫，在光屏上形成衍射圖樣，溫度升高，金屬棒碰撞使得狹縫寬度發(fā)生變化，衍射圖樣也隨之發(fā)生變化在激光波長(zhǎng)已知的情況下，通過測(cè)量縫屏距離和中央亮條紋寬度，可算出狹

13、縫寬度及變化，進(jìn)而計(jì)算出金屬的線膨脹系數(shù)下列說法正確的是（）A使用激光波長(zhǎng)越短，其它實(shí)驗(yàn)條件不變，中央亮條紋寬度越寬B相同實(shí)驗(yàn)條件下，金屬的膨脹量越大，中央亮條紋寬度越窄C相同實(shí)驗(yàn)條件下，中央亮條紋寬度變化越大，說明金屬膨脹量越大D狹縫到光屏距離越大，其它實(shí)驗(yàn)條件相同，測(cè)得金屬的線膨脹系數(shù)越大10.某同學(xué)自己動(dòng)手制作如圖所示的裝置觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，整個(gè)裝置位于一暗箱中，實(shí)驗(yàn)過程如下：(1)該同學(xué)用一束太陽光照射A屏?xí)r，屏C上沒有出現(xiàn)干涉條紋；移去B后，在屏上出現(xiàn)不等間距條紋，此條紋是由于_產(chǎn)生的(2)移去A后，遮住縫S1或縫S2中的任一個(gè)，C上均出現(xiàn)一窄亮斑，出現(xiàn)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要原因是_(3)若光通過縫S1或縫S2后在C上依次出現(xiàn)如圖甲、乙、丙、丁所示條紋，說明了什么？_.11.某同學(xué)利用圖甲所示的裝置研究光的干涉和衍射，光電傳感器可用來測(cè)量光屏上光強(qiáng)的分布，某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，在電腦屏幕上得到圖乙所示的光強(qiáng)分布，這位同學(xué)在縫屏上安裝的是_(選填“單縫”或“雙