4.5 光的衍射 导学案 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理导学案围绕“光的衍射”展开，涵盖衍射现象、产生条件、衍射图样（单缝、圆孔、圆盘）及衍射光栅等核心知识点，通过联系光的直线传播与干涉现象导入，以对比不同衍射类型为学习支架，帮助学生构建波的传播观念。 资料特色在于结合生活实例（如泊松亮斑、细丝监控）和实验现象分析，通过典型例题与分层练习，培养学生科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究能力，助力学生从物理学视角解释自然现象，提升解决实际问题的能力。

教学内容 光的衍射 知识梳理 知识点1光的衍射 1.衍射现象：光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象. 2.光产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或跟光的波长差不多. 重点：(1)衍射现象的意义：衍射现象和干涉现象都证明了光是一种波，衍射是波的基本传播方式之一。 (2)光的衍射现象和光的直线传播的关系：光在任何条件下均会发生衍射，但只有满足一定条件时才会发生明显的衍射.由于可见光的波长范围为400~760nm，生活中的障碍物和孔的尺寸远大于可见光的波长，所以衍射非常不明显，光近似沿直线传播,所以光照到较大的障碍物或小孔上时, 在它们的后面留下阴影或光斑. (3)对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显.由于一般声波波长远大于光波波长，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多。 3.衍射图样 衍射图样是指光发生衍射时产生的明暗条纹或光环。 (1)单缝衍射图样 ①中央条纹最亮，越向两边越暗，且有对称性；条纹间距不等，越向两边条纹间距越小，且暗条纹的亮度明显低于亮条纹。 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.最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的色光是红色。 衍射条纹产生的实质：衍射条纹的产生实质上是光波发生干涉的结果，即相干波叠加的结果，当光源发出的光照射到小孔或障碍物时，小孔处或障碍物的边缘可看成许多点光源，这些点光源是相干光源，发出的光相互干涉，形成明暗相间的条纹，双缝干涉离不开衍射现象，衍射条纹是光波叠加的结果。 (2)圆孔衍射图样 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用不同色光照射圆孔时，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。 (3)不透明的小圆盘衍射图样 ①中央是一个亮斑，圆盘后方阴影区域的边缘模糊，阴影外边有明暗相间的圆环。 ②泊松亮斑：光照到不透明的小圆盘上，形成明暗相间的间距不等的同心圆环，在屏上圆盘的阴影中心，有一个亮斑，把这个亮斑称为泊松亮斑，如图所示。 ③泊松亮斑图样的亮环或暗环间距随半径增大而减小。 重点：圆孔衍射与圆盘衍射图样比较 圆孔衍射 圆盘衍射 图案 区别 中央是大且亮的圆形亮斑，外侧较暗 阴影中心有一个很小的亮斑（泊松亮斑)，外侧明亮 圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大 圆盘衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小 相同 不等间距的明暗相间条纹 4.衍射引起的色散 用白光进行衍射实验时，得到的条纹是彩色的，这是因为白光中包含了各种颜色的光，衍射时不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了。 生活中的衍射导致的色散：透过指缝看日光灯、白天隔羽毛观看太阳，可见七色光芒。 知识点2衍射光栅 1.结构：由许多等宽的狭缝等距离地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，亮度越大。光栅衍射图样如图所示。 2.光栅衍射的特点：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 (1)透射光栅：一般常用的光栅是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，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝，这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅。 (2)反射光栅：利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在高反射率的金属表面上刻出许多等距的平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅称为反射光栅。 光栅或者多个狭缝的图样，是由每个缝自身衍射和各个缝之间干涉的共同结果。（原理上，高考不做要求，只需了解光栅发生了衍射即可） 典型例题 题型1光的衍射现象 例1、（多选）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黑相间的直条纹 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，说明发生了衍射 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 【答案】AC 题型2对影响衍射条纹宽度的因素的理解 例 2、对于单缝衍射现象，下列说法正确的是 A.缝的宽度d越小，衍射条纹越亮 B.缝的宽度d越小，衍射现象越明显 C.缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线 D.入射光的波长越短，衍射现象越明显 【答案】B 题型3光的衍射及干涉图样的判断 例3、如图所示的4幅明暗相间的条纹，分别是红光经过间距不同的双缝及宽度不同的单缝所形成的。则甲、乙、丙、丁四幅图依次对应的是 A.双缝宽间距，双缝窄间距，宽单缝，窄单缝 B.双缝窄间距，双缝宽间距，窄单缝，宽单缝 C.宽单缝，窄单缝，双缝宽间距，双缝窄间距 D.窄单缝，宽单缝，双缝窄间距，双缝宽间距 【答案】A 题型4光的衍射现象的应用 例4、（多选）抽制高强度纤维细丝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.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.该装置应用的是光的衍射现象 B.该装置应用的是光的干涉现象 C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细 【答案】AD 课堂练习 1-1、（多选）关于光的衍射，下列说法正确的是 A.衍射现象中条纹的出现是光叠加的结果 B.双缝干涉中也存在衍射现象 C.一切光都很容易发生明显的衍射现象 D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 E.入射光的波长越长，越容易观察到明显的衍射现象 【答案】ABE 1-2、点光源照在一个剃须刀片上，在屏上形成了它的影子，其边缘较为模糊，原因是 A.光的反射 B.光强太小 C.光的干涉 D.光的衍射 【答案】D 2-1 、（多选）如图所示分别是a光、b光各自通过同一单缝衍射仪器形成的图样（灰黑色部分表示亮纹，保持缝到屏距离不变)，则下列说法正确的是 A.在真空中，单色光a的波长大于单色光b的波长 B.在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度 C.用同一装置进行双缝干涉实验时，a光产生的条纹间距比b光的大 D.a光和b光由玻璃棱镜进入空气后频率都变大 E.两光由同一介质射入空气，发生全反射时a光的临界角比b光大 【答案】ACE 3-1、（多选）如图1所示为单缝衍射示意图，图2为甲、乙两束单色光分别通过同一装置形成的单缝衍射图样，下列说法正确的是 A.在同种均匀介质中，甲光的波长较长 B.在同种均匀介质中，甲光的传播速度更大 C.用同一装置做双缝干涉实验时，在同一光屏上乙光的亮条纹总数更多 D.当两束单色光从某种介质以相同入射角射向空气时，有可能乙光不发生全反射而甲光发生全反射 【答案】ABC 4-1、马路施工处警示灯是红色的，除了因为红色光容易引起视觉注意以外，还因为红色光比其他可见光 A.容易发生明显衍射 B.容易发生稳定干涉 C.容易发生折射现象 D.频率更大 【答案】A 课后作业 1、单色光照射双缝，在像屏上观察到明暗相间的干涉条纹，现用遮光板将其中的一个缝挡住，则像屏上观察到的现象是 A.宽度均匀的明暗相间的条纹 B.中央亮而宽，两边窄而暗的条纹 C.一条亮纹 D.一片亮光 【答案】B 2、（多选）用卡尺两脚间的狭缝观察光的衍射现象时，下列说法中正确的是 A.卡尺两脚间的狭缝应平行于日光灯，且狭缝远离日光灯，人眼也远离狭缝进行观察 B.卡尺两脚间狭缝平行于日光灯观察时，可观察到中央为白色条纹，两侧为彩色条纹，且彩色条纹平行于日光灯 C.狭缝宽度由0.5 mm缩小到0.2 mm，条纹间距变宽，亮度变暗 D.狭缝宽度由0.5 mm扩展到0.8 mm，条纹间距变宽，亮度变暗 【答案】BC 3、如图所示，甲表示单缝，乙表示双缝.用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹（图中阴影表示亮条纹），如图丙、丁所示.下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是 A.图丙表示单缝衍射条纹，图丁表示双缝干涉条纹 B.单缝S越宽，越容易观察到对应的明暗条纹 C.双缝间距离越短，对应条纹间距越大 D.照射双缝的单色光波长越短，对应条纹间距越大 【答案】C 4、在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物是下列给出的 A.很小的不透明圆板 B.很大的中间有大圆孔的不透明挡板 C.很大的不透明圆板 D.很大的中间有小圆孔的不透明挡板 【答案】D 5、如图所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（上色部分表示亮条纹），则在下列的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是 A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫 【答案】A 6、阳光照射下的肥皂膜看起来是彩色的，下列现象与这个现象形成的物理原理不同的是 A.透过两支并排铅笔的狭缝看日光灯，可以观察到彩色条纹 B.雨后公路积水上面漂浮的油膜，经常显现出彩色条纹 C.用激光照射挡板上的两条平行狭缝，在光屏上观察到明暗相间的条纹 D.在眼镜片的表面镀一层特定厚度的薄膜，可以增加光的透射 【答案】A 7、让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，则在孔后的屏上将先后出现的现象是（遮住侧面光） A.三角形光斑 倒立的烛焰 明暗相间的圆环 一片黑暗 B.三角形光斑 圆形光斑 倒立的烛焰 一片黑暗 C.倒立的烛焰 圆形光斑 明暗相间的圆环 一片黑暗 D.三角形光斑 明暗相间的圆环 倒立的烛焰 一片黑暗 【答案】A 8、一束光照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面，经下表面反射后从玻璃砖上表面射出，光线分为a、b两束，如图所示，下列说法正确的是 A.在玻璃砖中a光的传播速度大于b光的传播速度 B.在真空中用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距 C.a、b光在涂层表面一定不会发生全反射 D.在真空中，遇到障碍物时a光更容易产生明显的衍射现象 【答案】C 9、（多选）对如图所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断正确的是 A.甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑” B.乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度 C.丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的偶数倍，则P处是亮条纹 D.丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹 【答案】BC 10、(多选）方形透明容器充满某种透明液体，液体的深度h=20cm，在容器底部中心有一个点状复色（两种颜色）激光光源，光源的大小可忽略不计，液面上形成的光斑俯视图如图所示，测得液面内部光斑a的直径d=30cm，外部光环b的宽度△d=6cm，下列说法正确的是 A.光斑a和光环b都是由单色光形成的 B.若仅将液体的深度h变大，则光斑的面积变大 C.液体对两种色光的折射率之比为35:29 D.光环b是由单色光形成的，这种色光和另一种色光相比更容易发生明显衍射现象 【答案】BCD 1 学科网（北京）股份有限公司 $