5.光的衍射-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册创新导学案全书Word（人教版2019）

物理　选择性必修 第一册 RJ 5．光的衍射 1．知道光的衍射现象和产生明显衍射现象的条件。2.了解如何通过实验观察光的衍射现象并可以区分几种不同的衍射图样。3.能解释日常生活中的衍射现象并初步了解衍射光栅。 任务　光的衍射 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？ 提示：光的波长极短，衍射不明显。 1．光的衍射现象：用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。 2．各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。 3．产生明显衍射现象的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显。 1．判一判 (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)只有波长长的光才能发生衍射现象。(　　) (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。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)× 2．想一想 (1)白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点？ 提示：都是中央为白色条纹，两侧为彩色条纹。 (2)光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象可能发生，也可能不发生，这种说法对吗？ 提示：不对。光遇到小孔、单缝或障碍物时，一定发生衍射现象，只是有明显与不明显之分，无发生与不发生之别。 1．三种衍射图样的比较 (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。如图甲所示。 ②缝变窄，通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低。 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。如图乙所示。 ②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 ③用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样不同，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，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗。 (3)不透光的圆盘的衍射图样 ①中央是亮斑(泊松亮斑)，如图丙所示。 ②周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。 2．单缝衍射与双缝干涉的比较 名称 项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 产生条件 任何光都能发生 频率相同、相位差恒定、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，两边逐渐变暗 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 (多选)如图所示为一束红光经过狭缝装置得到的图样，下列说法正确的是(　　) A．只减小狭缝宽度，中央亮条纹宽度会变窄 B．只减小狭缝宽度，中央亮条纹宽度会变宽 C．当狭缝宽度调到很窄时，中央亮条纹亮度降低 D．当狭缝宽度调到很窄时，中央亮条纹亮度升高 [解析]　该图样中间亮条纹较宽，两侧亮条纹较窄，且相邻条纹间亮度差别很大，是单缝衍射图样。只减小狭缝宽度，衍射现象更明显，中央亮纹宽度会变宽，A错误，B正确；当狭缝宽度调到很窄时，能穿过的光的能量明显变少，故中央亮条纹亮度降低，C正确，D错误。 [答案]　BC (多选)如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光通过同一双缝干涉装置或同一单缝衍射装置形成的图样。分析各图样的特点，可以得出的正确结论是(　　) A．a、b是光的干涉图样 B．c、d是光的干涉图样 C．形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短 D．形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长长 干涉图样和衍射图样有什么不同？ 提示：干涉图样中相邻条纹间距等大，衍射图样中中央亮条纹最宽，向两侧依次变窄。 [解析]　双缝干涉图样的条纹等间距，单缝衍射图样的条纹中央亮条纹最宽，两侧亮条纹变窄，所以a、b是双缝干涉图样，c、d是单缝衍射图样，A正确，B错误；在装置不变的情况下，单色光的波长越长，双缝干涉图样中相邻条纹间距越大，单缝衍射图样中中央亮条纹宽度越大，故C错误，D正确。 [答案]　AD 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、间距区分：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，两侧的条纹变窄，相邻条纹间距也不相等。 (2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹从中央亮条纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗。 任务　衍射光栅 1．定义 衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。 2．原理 增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。 3．透射光栅和反射光栅 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。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。 课后课时作业 知识点一　光的衍射 1．(多选)下列图片是光的衍射现象的是(　　) 答案：CD 解析：水中明亮的气泡是光的全反射现象，故A错误；彩色的油膜是光的薄膜干涉现象，故B错误；泊松亮斑是由光的衍射形成的，故C正确；光经过大头针的针尖时，大头针针尖边缘轮廓会模糊不清，出现明暗相间的条纹，这是光的衍射现象，故D正确。 2．关于光的衍射现象，下面说法正确的是(　　) A．光通过小圆孔后在光屏上出现了泊松亮斑，说明发生了衍射 B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 C．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 D．红光的单缝衍射图样是不等间距的、红黑相间的直条纹 答案：D 解析：光照到不透明小圆盘上出现的才是泊松亮斑，光通过小圆孔后在光屏上出现的光点不是泊松亮斑，且该现象说明了光沿直线传播，故A错误；白光的单缝衍射图样是彩色的直条纹，故B错误；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，只是不明显而已，故C错误；红光的单缝衍射图样是不等间距的、红黑相间的直条纹，故D正确。 3．(多选)某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法正确的是(　　) A．图甲属于圆孔衍射 B．图乙的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑 C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的 D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到了障碍物的影子里 答案：ACD 解析：根据衍射条纹的特点可知，题图甲属于圆孔衍射，故A正确；题图乙的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；只要出现明显的衍射现象，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到了障碍物的影子里，故D正确。 4．(多选)关于衍射光栅，下列说法正确的是(　　) A．衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的 B．衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类 C．透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝 D．透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝 答案：ABD 解析：衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的，分为透射光栅和反射光栅两类，对于透射光栅来说，当光照到刻痕上时，由于光发生漫反射而不太透光，未刻痕的部分相当于透光的狭缝，故A、B、D正确，C错误。 5．(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄变暗，这是由于这种情况下(　　) A．只有波长较短的一部分光才能到达地面 B．只有波长较长的一部分光才能到达地面 C．只有频率较大的一部分光才能到达地面 D．只有频率较小的一部分光才能到达地面 答案：BD 解析：根据光发生明显衍射现象的条件可知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光才能到达地面，根据λ＝可知，到达地面的光是频率较小的部分，故B、D正确。 6．在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用红色平行光照射狭缝，光屏上出现如图所示的图样。可使中央亮条纹变宽的操作是(　　) A．增大平行光的宽度 B．减小单缝的宽度 C．减小屏到单缝的距离 D．改用绿色平行光照射 答案：B 解析：要使中央亮条纹变宽，可以增大屏到单缝的距离，也可以使衍射现象更明显，即可减小单缝的宽度，或者改用波长更长的平行光照射，因为绿光的波长小于红光，所以改用绿色平行光照射不能使中央亮条纹变宽，故B正确，A、C、D错误。 7．如图所示是通过用两个刀片组成的宽度可以调节的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个图像。当狭缝宽度从1.8 mm逐渐变小时，所看到的四个图像的顺序是(　　) A．abcd B．dcba C．bacd D．badc 答案：A 解析：由题图可知，图像a、b对应光沿直线传播，图像c、d对应光发生了明显的衍射现象，根据光发生明显衍射现象的条件，可知图像a、b均在图像c、d之前；当光沿直线传播时，狭缝的宽度越小，光斑越细，故图像a在图像b之前；当发生明显衍射时，狭缝的宽度越小，中央亮纹越宽，故图像c在图像d之前。综上所述，看到的四个图像的顺序是abcd，故选A。 知识点二　光的衍射和干涉的比较 8．在白炽灯光的照射下，能从捏紧的两块玻璃板的表面看到彩色条纹；通过游标卡尺两个测量爪之间的狭缝去观察发光的白炽灯，也会看到彩色条纹，这两种现象(　　) A．前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象 B．前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象 C．前者是光的叠加的结果，后者不是光的叠加的结果 D．前者表明光是一种波，后者不能表明光是一种波 答案：B 解析：捏紧的两块玻璃板间形成了空气薄膜，白炽灯光照射在空气薄膜上、下表面的反射光发生干涉，产生了彩色干涉条纹；而从狭缝观察到彩色条纹是光的衍射现象，故A错误，B正确；干涉现象和衍射现象都是光波叠加的结果，都表明光是一种波，故C、D错误。 9．小明同学分别用红光和绿光借助光传感器(不改变单缝装置与双缝装置)做“双缝干涉实验”和“单缝衍射实验”，得到四幅图，图中曲线表示光强随位置的分布。其中是用红光做的单缝衍射的图像是(　　) 答案：A 解析：图中峰表示亮条纹，可知B、D选项图中相邻亮条纹基本等间距，可判断为双缝干涉图像，A、C选项图中的中央亮条纹最宽、最亮，可判断为单缝衍射图像；又红光波长比绿光波长长，因此红光的衍射图像的中央亮条纹比绿光的宽，即A选项图像为用红光做的单缝衍射图像，故选A。 10．在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前在光的传播方向上放置的装置，以下说法正确的是(　　) A．甲对应单缝，乙对应双缝 B．乙对应双缝，丙对应小圆孔 C．丙对应小圆孔，丁对应小圆板 D．丁对应小圆孔，甲对应双缝 答案：C 解析：根据单缝衍射与双缝干涉图样的区别：前者中间是亮条纹，越向两侧条纹宽度越小，后者的明暗条纹宽度相等，可知甲图是双缝干涉条纹，乙图是单缝衍射条纹；根据小孔衍射与不透光圆板衍射的区别可知，小圆孔衍射的图样，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，不透光小圆板衍射的图样，中央较大区域内是暗的，中央有一亮斑，叫泊松亮斑，周围是明暗相间的圆环，可知丙图是小圆孔衍射图样，丁图是小圆板衍射图样。所以C正确，A、B、D错误。 11．一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到(　　) A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗些 B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹宽些 C．只有一条与缝宽对应的亮条纹 D．无条纹，只存在一片红光 答案：B 解析：红光射向双缝时，光屏上呈现了干涉条纹，说明两缝都很窄，能够满足使红光发生明显衍射的条件，则挡住一条窄缝后，在屏上得到的是单缝衍射图样。衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现亮条纹，但衍射图样中央亮条纹较宽；两侧都出现明暗相间的条纹，干涉图样两侧为等间距的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间距的明暗相间的条纹，且亮条纹的亮度由中央向两侧逐渐减弱。故选B。 12.(多选)抽制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规律相同，则(　　) A．这是利用光的干涉现象 B．这是利用光的衍射现象 C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了 D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了 答案：BD 解析：当障碍物的尺寸与光的波长相当或小于光的波长时，会发生明显的衍射现象，该装置利用了光的衍射现象；如果屏上条纹变宽，表明细丝变细。故B、D正确。 13.如图所示，a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果有相同的折射角。下列说法正确的是(　　) A．b光在该介质中的折射率比a光大 B．做单缝衍射实验时，若其他条件相同，用b光产生的中央亮条纹要比用a光产生的中央亮条纹宽 C．用a光更易观测到泊松亮斑 D．做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用a光产生的干涉图样中的条纹间距要比用b光产生的条纹间距大 答案：B 解析：由光路图可知，a光偏折程度较大，故其在该介质中的折射率较大，频率较高，波长较短；b光偏折程度较小，在该介质中的折射率较小，波长较长，易发生衍射，故用b光更易观测到泊松亮斑，A、C错误。做单缝衍射实验时，若其他条件相同，波长越长，中央亮条纹越宽，所以用b光产生的中央亮条纹较宽，B正确。做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用b光产生的干涉图样中的条纹间距较大，D错误。 14．(多选)如图所示，照相机、天文望远镜都是利用光的折射或反射成像的，其原理都是几何光学，所成的像是由一个个几何“像点”组成的。而光是电磁波中的一种，由于波的衍射，事实上所成的像不是由严格的几何“像点”组成的，而是由一个个“光斑”组成的。若仅考虑衍射作用影响，下列说法正确的是(　　) A．用同一照相机拍照，红外波段的照片会比可见光照片模糊 B．用同一照相机拍照，紫外波段的照片会比可见光照片模糊 C．为了提高反射式天文望远镜的清晰度，可以接收波长更长的电磁波成像 D．为了提高反射式天文望远镜的清晰度，可以接收波长更短的电磁波成像 答案：AD 解析：由题意知，接收的光波波长越长，衍射现象越明显，组成像的“光斑”越大，清晰度越低。用同一照相机拍照，接收的光波波长越长，衍射越明显，成像越模糊，A正确，B错误；为了提高反射式天文望远镜的清晰度，应减弱衍射现象，则可以接收波长更短的电磁波成像，C错误，D正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$