第5章 第3节 光的衍射(Word教参)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

第3节　光的衍射 核心素养导学 物理观念 知道光的衍射现象，知道光能产生明显衍射的条件。 科学思维 (1)能用对比法分析衍射图样和干涉图样的区别。 (2)知道单缝衍射、小孔衍射、泊松亮斑等不同衍射的特点，能用光的衍射解释相关的现象。 科学探究 通过实验观察刀片边缘的衍射现象，提出并准确表述在实验中可能出现的物理问题。 科学态度与责任 知道衍射、衍射光栅在生产生活以及科学技术中的应用，了解科学、技术和社会的关系。 一、衍射现象 1．定义：光绕过障碍物偏离直线传播的现象。 2．明显衍射的条件：只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长时，衍射才是明显的。 3．衍射图样：衍射时产生的明暗相间的圆环或条纹。 4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 5．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。 二、衍射对分辨本领的影响、衍射光栅 1．分辨本领 (1)一个光学仪器的分辨本领是指将两个相互靠近的物体的像分离开来的能力。 (2)光学显微镜和望远镜等光学仪器，其透镜就相当于圆孔，透镜直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越低。 2．衍射光栅 (1)结构：有许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越高。 (2)衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 (3)衍射光栅的种类：透射光栅和反射光栅。 1.取3块不透光的板，在每块板的中间各开1个圆孔，3块板所开的圆孔大小不一。先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现一个明亮的圆形光斑，如图(a)；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图(b)；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现图(c)。 (1)屏上图(b)产生了什么现象？ (2)比较屏上图(b)和图(c)，说明了什么？ 提示：(1)衍射现象。 (2)孔越小，衍射现象越明显。 2．对衍射现象的认识做出判断： (1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象。(×) (2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象。(×) (3)用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹。(√) (4)光学仪器透镜的口径越小分辨率越高。(×) (5)光学仪器利用波长越短的光分辨率越高。(√) 新知学习(一)|三种常见的衍射 [任务驱动] 三种衍射图样如图所示： 试判断三种衍射的类型。 提示：a为单缝衍射，b为圆孔衍射，c为泊松亮斑。　　　　 [重点释解] 1．单缝衍射 (1)现象：如图，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象。 (2)单缝衍射图样的四个特点： ①中央条纹亮而宽； ②两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱； ③波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大，单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大； ④白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。 2．圆孔衍射 (1)现象：圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图乙中a所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙中b所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环。 (2)圆孔衍射图样的两个特点 ①单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环；越向外，亮环亮度越低。 ②白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。 3．泊松亮斑——障碍物的衍射现象 (1)现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙中c所示。 (2)障碍物的衍射图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 [典例体验] [典例]　如图a、b是由单色光分别入射到a圆孔和b圆孔形成的，由两图可以得出(　 ) A．a图是衍射图样，a孔直径小于b孔直径 B．a图是干涉图样，a孔直径大于b孔直径 C．b图是衍射图样，a孔直径小于b孔直径 D．b图是干涉图样，a孔直径大于b孔直径 [解析]　因为干涉图样为等宽度亮暗相间的条纹，a图是衍射图样，所以B、D错误；衍射发生的条件是缝隙宽度接近光的波长才能有清晰的衍射图样，如果缝隙宽度过大会观察不到衍射图样，光会沿直线传播，所以a孔直径小于b孔直径