5.3 光的衍射（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材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 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道光的衍射现象，明确产生明显衍射现象的条件。 掌握干涉与衍射的区别，会区分衍射条纹和干涉条纹。 会用实验探究光的衍射规律，提高实验能力。 了解衍射对分辨本领的影响和衍射光栅，体会生活中光的衍射现象的应用。 [对应学生用书P93] 知识点一 衍射现象　衍射对分辨本领的影响 1.衍射现象 (1)定义：光绕过障碍物偏离直线传播的现象❶。 (2)发生明显❷衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸接近光的波长❸。 (3)衍射现象是光的波动性最基本的表现之一❹。 2．衍射对分辨本领的影响 (1)一个光学仪器的分辨本领，就是这个仪器能把彼此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的透镜就相当于“小圆孔”，透镜直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越差。 1．衍射和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。(　　×　　) 2．所有光都能发生衍射现象。(　　√　　) 3．将两支圆柱形铅笔并在一起，形成一条狭缝，然后使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹。(　　√　　) 4．在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中，缝越宽，衍射现象越明显。(　　×　　) 知识点二 衍射光栅 1.定义：在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线，或者在玻璃片上刻上许多均匀细槽。因为它有类似栅栏的形状，所以被称为衍射光栅❺。 2．种类：透射光栅和反射光栅。 3．图样 (1)透射光栅的衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。 (2)多缝干涉的结果使光栅衍射的亮条纹的宽度比单缝衍射时窄得多，因此得到的明条纹又细又亮。 1．多缝干涉的结果使光栅衍射的宽度比单缝衍射时更宽。(　　×　　) 2．光栅的衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。(　　√　　) 批注❶：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方出现暗条纹或暗斑。 批注❷：衍射现象明显，是指光绕到阴影区域的范围更大，随着孔的减小，条纹亮度减弱。 批注❸：障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相比差不多，甚至比光的波长还小。 批注❹：光的衍射现象证明光是一种波。 批注❺：光通过光栅后，在光屏上出现的明暗相间的条纹与双缝干涉条纹是不同的：双缝干涉条纹是由干涉光源通过双缝后在光屏上叠加产生的；而衍射光栅是光通过光栅后，在光屏上叠加的光具有同频及相位差恒定的干涉特点，产生多缝干涉，也有单缝衍射，因此其条纹是多缝干涉和单缝衍射共同的结果，不同于双缝干涉条纹。 [对应学生用书P94] 探究点一　光的衍射　(科学思维之提升) ►情境探究 取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的圆孔，用单色光照射，在孔后适当距离处放一个像屏。调节孔的宽度，观察以下现象。 (1)用单色光照射小孔，随着圆孔的宽度逐渐减小，屏上先后有何变化？ 提示：圆形亮斑(光沿直线传播)→光源倒立的像(小孔成像)→明暗相间的圆环(衍射图样)。 (2)圆孔的宽度会对衍射现象产生怎样的影响？ 提示：圆孔宽度越小，衍射现象越明显，但衍射条纹的亮度越小。 ►探究归纳 1．单缝衍射图样 (1)中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小；宽度不同，其中中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄，如图所示。 (2)缝变窄，则通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低。 (3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 (4)用白光做单缝衍射实验时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。 2．圆孔衍射图样 (1)中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小，如图所示。 (2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 (3)分别用不同的色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置也不同：光的波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。 (4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色的同心圆环。 (5)只有圆孔足够小时，才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏上依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源倒立的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)。 3．不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑) (1)中央是亮斑。 (2)形成泊松亮斑时，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，如图所示。 (3)周围的亮环或暗环的间距随半径的增大而减小。 ►对点例练 (多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是(　　) A．红光的单缝衍射图样，是红暗相间的直条纹 B．白光的单缝衍射图样，是红暗相间的直条纹 C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射 D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射 E．在单缝衍射中增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽 ACE　解析：红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，A正确；白光的衍射图样是彩色条纹，B错误；光照到不透明的圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象，C正确；光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，但仍存在光的衍射，只不过是不明显，D错误；增大单缝到屏的距离，由光的直线传播可知，衍射条纹变宽，E正确。 [练1] (2021·山东济南长清一中高二期中)如图所示的四种明暗相间的条纹，分别是红光、黄光各自通过同一个双缝干涉仪器后形成的干涉图样以及绿光、紫光各自通过同一个单缝后形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(　　) A．黄绿红紫 B．黄紫红绿 C．红紫黄绿 D．红绿黄紫 C　解析：双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故a、c两个是双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距Δx＝λ 可以知道波长λ越大，Δx越大，故a是红光，c是黄光；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，故b、d是单缝衍射图样，而波长越大，中央亮条纹越粗，故b为紫光的单缝衍射图样，d为绿光单缝衍射图样；故从左向右依次是红光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、黄光(双缝干涉)和绿光(单缝衍射)，C正确。 [练2] (2021·山东济南高二期末)在一次观察光的衍射现象的实验中，得到了如图所示的亮暗相间的图样，那么障碍物是下列给出的(　　) A．很小的不透明圆板 B．很大的不透明圆板 C．很大且中间有大圆孔的不透明挡板 D．很大且中间有小圆孔的不透明挡板 D　解析：用光照射很小的不透明圆板时后面会出现一亮点，即泊松亮斑，A错误；用光照射很大的不透明圆板时后面是一片阴影，不会出现明显的衍射现象，B错误；用光照射很大的中间有大圆孔的不透明挡板时后面是一亮洞，同样不会出现明显的衍射现象，C错误；用光照射很大的中间有小圆孔的不透明挡板时是明暗相间的衍射图样，即发生明显衍射现象，D正确。 衍射图样的特征 (1)衍射条纹的特征可以用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”，其中“中白边彩”只适合于白光光源。 (2)各种衍射图样的形状不同，而图样的分布规律、影响因素都是类似的。 探究点二　单缝衍射与双缝干涉的比较　(科学思维之提升) ►情境探究 如图甲所示是光的干涉图样，如图乙所示是光的衍射图样，它们在条纹宽度和条纹间距方面有什么不同？ 提示：甲图条纹宽度相等，乙图不等。 甲图条纹间距相等，乙图不等。 ►探究归纳 单缝衍射与双缝干涉的对比 单缝衍射 双缝干涉 不同点 产生 条件 只要狭缝足够小，任何光都能发生明显的衍射现象 频率和振动方向相同的两列光波相遇叠加 条纹 宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹 间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距 亮度 中央条纹最亮，两侧逐渐变暗 条纹清晰，亮度基本相等 相同点 成因 都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果 意义 都是波特有的现象，表明光是一种波 ►对点例练 (2021·湖北鄂州高二期末)在图甲中的M处放置一个单缝或一个双缝后，可以在光屏N上得到不同的图样，从而证明光具有波动性。下列判断正确的是(　　) A．放置单缝，得到的是a的图样 B．放置单缝，得到的是b的图样 C．无论放置单缝还是双缝，得到的都是a的图样 D．无论放置单缝还是双缝，得到的都是b的图样 A　解析：在M处放置单缝，得到的是单缝衍射图样：中间宽，两边窄的明暗相间的条纹，如图a；若在M处放置双缝，得到的是双缝干涉图样：等间距的明暗相间的条纹，如图b。A正确。 [练3] (2021·浙江湖州高二期末)用单色激光分别照射间距不同的双缝和宽度不等的单缝时，得到下图所示的图样。以下判断正确的是(　　) A．只有甲是双缝干涉图样 B．形成丙衍射图样的单缝比丁的更窄 C．只有乙、丙是单缝衍射图样 D．乙是图示中最明显的衍射图样 B　解析：单缝衍射条纹中间宽、两边窄，呈现不等间距，双缝干涉条纹等宽、等间距，则甲、乙两图是干涉条纹，丙、丁是衍射条纹，A、D错误；丙、丁两图是衍射条纹，而随着缝间 距的变小，衍射条纹变大，则形成丙衍射图样的单缝比丁的更窄，B正确，C错误。 区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法 (1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。 (2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹的中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗。 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练4] (生活情景)当游客站在峨眉山山顶背向太阳而立，而正下方又弥漫云雾时，有时会在正下方的天幕上看到一个外红内紫的彩色光环，这就是神奇的“佛光”现象。“佛光”是一种奇特的自然现象：当阳光照射较厚的云层时，日光射透云层后，会受到云层深处水滴或冰晶的反射，这种反射在穿过云雾表面时，在微小的水滴或冰晶边缘产生衍射现象。那么，下述现象中与“佛光”现象成因相同的是(　　) A．雨后的彩虹 B．孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓 C．路面上的油膜阳光下呈现彩色 D．阳光照射下，树影中呈现一个个小圆形光斑 B　解析：“佛光”现象属于衍射现象，孔雀羽毛色彩斑斓也属于衍射现象，B正确；A项属于光的折射，C项属于光的干涉，D项属于小孔成像，故A、C、D错误。 [练5] (科技情景)(多选)抽制高强度纤维细丝时，可用激光监控其粗细。如图所示，激光束越过细丝时，产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是(　　) A．这里应用的是光的衍射现象 B．这里应用的是光的干涉现象 C．如果屏上条纹变窄，表明抽制的细丝变粗 D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的细丝变细 ACD　解析：当障碍物的尺寸与波的波长相差不多或比波长更小时，会产生明显的衍射现象，因此该装置的原理是运用了光的衍射现象，A正确，B错误；当抽制的细丝直径接近激光的波长时，屏上条纹间距随抽制丝的直径变粗而变窄，随抽制丝的直径变细而条纹间距变宽，C、D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$