4.5 光的衍射（授课PPT）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

4.5 光的衍射 第四单元 《光》 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 掌握单摆周期性显著特点，能在实验中发展力与运动观念、能量守恒的观念。 2科学思维： 通过实验设计，认识单摆模型。会运用数据模型分析单摆周期。通过观察、测量和归纳，利用单摆周期公式测量当地重力加速度，会用图像法处理实验数据得到实验结果。 3科学探究： 尝试用科学探究的方法研究物理问题：能正确处理数据，测出当地的重力加速度。能从多个角度进行实验误差分析。经历测量过程，能分析数据、发现特点，形成结论，解释并交流实践成果。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。培养将物理实验成果服务社会生产生活的应用意识。 核 心 素 养 一、驱动问题 衍射光栅在各种应用中扮演着重要角色，包括光谱仪、其他分析仪器、电信和激光系统等。衍射光栅通过其表面的周期性结构将入射光分为多个光束路径，使不同波长的光向不同方向传播，从而实现波长的分离。这种功能使得衍射光栅在光谱分析中具有重要作用‌。右边视频中光盘就相当于光栅，你为什么会看到这种炫目的动感光带，光不是沿直线传播吗，这是怎么回事呢？ 点击播放视频 二、光的衍射 复习引入 既然光是一种波,为什么我们日常生活中观察不到光的衍射现象,而常常看到的是光沿着直线传播的呢? 二、光的衍射 演示引入 我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？观看视频，你能从中得到什么启发？ 二、光的衍射 什么是波的衍射现象？ 波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传播的现象叫波的衍射. 发生明显衍射的条件是什么？ 障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。 既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？ 二、光的衍射 （一）光的衍射定义： 在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。但是，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹。 光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射现象。 衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。 如何让衍射现象更明显呢？ （二）光的衍射实验 障碍物或孔的尺寸小于波长或者和波长差不多。 光的明显衍射条件： 二、光的衍射 二、光的衍射 （三）单缝衍射 光通过单缝衍射时，其图样有什么规律？ 二、光的衍射 （三）单缝衍射 单色光单缝衍射图样的特点 ①条纹不等间距； ②中央条纹亮而宽； ③两侧条纹较暗较窄，对称分布。 ④波长一定时，单缝越窄，现象越明显，中央亮纹越宽越暗 不同缝宽的单缝衍射 二、光的衍射 （三）单缝衍射 各种颜色的光波衍射图象一样吗？ 不同色光或不同宽度单缝衍射条纹的特征 ①波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大． ②单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大． ③白光的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色． 二、光的衍射 （四）衍射的应用 单缝衍射与双缝干涉的比较 种类 项目　　 单缝衍射 双缝干涉 不 同 点 产生条件 狭缝足够小(发生明显衍射) 频率相同的两列光波相遇叠加 条纹宽度 条纹宽度不等，中央条纹最宽 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，越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 二、光的衍射 （四）衍射的应用 如何解释引入实验中“光不沿直线传播”的现象？ 光经过圆盘发生衍射现象，绕过圆盘，在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。 泊松亮斑 中心有小亮斑 二、光的衍射 （四）衍射的应用 如何解释以下视频中的实验现象？ 孔较小时——屏上出现衍射花样（亮暗相间的不等间距的圆环，这些圆环的范围远远超过了光沿直线传播所能照明的范围） 二、光的衍射 （四）衍射的应用 圆盘和小圆孔的衍射图样有何不同？ 圆孔衍射 圆盘衍射 相同点：均是明暗相间的光环,中心均有亮斑 不同点： ①圆孔衍射中心亮斑较大,而泊松亮斑较小； ②圆孔衍射亮环或暗环间距随半径增大而增大,圆盘衍射亮环或暗环间距随半径增大而减小； ③圆孔衍射的背景是黑暗的,而圆盘衍射图样中的背景是明亮的。 三、衍射光栅 单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央亮条纹较远的条纹，亮度也很低。因此，无论从测量的精确度，还是从可分辨的程度上说，单缝衍射都不能达到实用要求。 三、衍射光栅 实验表明，如果增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加光学仪器中用的衍射光栅就是据此制成的。它是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅（图 ）。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。 透射光栅 三、衍射光栅 衍射光栅 (1)结构由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器． (2)衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加． 课堂小结 光的衍射 光的衍射 衍射现象：光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象。 衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小。 衍射图样 单缝衍射 圆孔衍射 泊松亮斑 衍射光栅 课堂反馈 1．关于光的衍射现象，下列说法正确的是（　　） 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白黑相间的直条纹 C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了干涉 D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射 A 课堂反馈 【答案】A 【详解】AB．红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹，故A正确，B错误； C．光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，是衍射现象，故C错误； D．光照到大圆孔上出现大光斑，大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，故D错误。 故选A。 课堂反馈 2．研究光的波动现象的实验装置如图甲所示，实验中光屏上得到了如图乙所示的图样。下列说法正确的是（　　） A．挡板上有两条平行的狭缝 B．减小激光器和狭缝间的距离，中央亮条纹将变窄 C．增大狭缝和光屏间的距离，中央亮条纹将变窄 D．将红色激光换成蓝色激光，中央亮条纹将变窄 D 课堂反馈 【答案】D 【详解】A．由图乙条纹特点可知是衍射条纹，即挡板上有一条狭缝，故A错误； BCD．因为单缝衍射形成的条纹间距与单缝宽度、缝到屏的距离以及光的波长有关，与激光器和狭缝间的距离无关，即减小激光器和狭缝间的距离，中央亮条纹宽度将不变；增大狭缝和光屏间的距离，中央亮条纹将变宽；将红色激光换成蓝色激光，波长变短，则中央亮条纹将变窄。故BC错误，D正确。 故选D。 课堂反馈 3．当游客站在峨眉山山顶背向太阳而立，而前下方又弥漫云雾时，有时会在前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 课堂反馈 【答案】B 【详解】A．雨后的彩虹是因为光的折射，故A错误； B．只有孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓是因为光的反射和衍射而形成的，故B正确； C．路面上的油膜是因为干涉形成的，故C错误； D．阳光照射形成的光斑是因为光的直线传播而形成的小孔成像，故D错误。故选B。 课堂反馈 4．下面四种现象中，不是由光的衍射现象造成的有（　　） A．通过游标卡尺观察两卡脚间狭缝中发光的日光灯管，会看到平行的彩色条纹 B．不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑 C．太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子 D．用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环 C 课堂反馈 【答案】C 【详解】A．通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光的日光灯管，会看到平行的彩色条纹，是光的衍射；故A正确，不符合题意； B．不透光圆片后面阴影中心出现一个亮斑，即泊松亮斑，是光的衍射；故B正确，不符合题意； C．太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子，电线的直径要比光的波长大很多，根本不能发生明显的衍射现象，地面上不留下电线的影子是因为光源比较大，障碍物比较小，在地面上形成伪本影区，故C错误，符合题意； D．用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环，这是光的衍射，故C正确，不符合题意。 故选C。 课堂反馈 5．让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直到完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现（ ） A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失 D．由大变小的三角形光斑，圆心光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 D 课堂反馈 【答案】D 【详解】当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏首先出现的是三角形光斑，之后随着小孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑．随着小孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现了明暗相间的衍射条纹，最后随小孔的闭合而全部消失， D正确 本课时结束 感谢观看！ 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 30 Lavf58.33.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 $$