5.3 光的衍射 课件 -2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

nullHigh School Physics 第3节 光的衍射 第5章 光的干涉、衍射和偏振 红光 单缝宽0.4mm 红光 单缝宽0.8mm 蓝光 单缝宽0.8mm 学习目标 通过分析衍射条纹的特点，能正确区分衍射条纹和干涉条纹 02 通过观察演示实验，知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件，知道几种衍射现象的图样 01 知道衍射对分辨本领的影响，知道衍射光栅的结构和衍射图样的特点 03 重点 重难点 衍射现象 01 小孔成像 说明光沿直线传播 双缝干涉 证明了光是一种波 公司logo 公司logo 情境导入 水波的衍射现象 光是一种波，会不会像水波一样遇到障碍物后出现衍射现象？ 本节我们将通过实验来认识光的衍射现象。 公司logo 公司logo 情境导入 蜡烛照到带有小孔的挡板上，得到倒立的清晰的蜡烛的像，这是怎样形成的？将孔由大逐渐调小， 光屏上会出现什么图样？为什么？ 答案　(1)当孔较大时，在光屏上形成 类似孔的亮斑，这是光沿直线传播的结果。 (2)当孔变得较小时，在屏上形成烛焰的倒像(小孔成像)。 (3)当孔再变小时，在屏上形成明暗相间的圆环，这是光发生衍射的结果。 公司logo 公司logo 观察与思考 光的衍射实验 公司logo 公司logo 核心知识 障碍物或孔的尺寸接近光的波长时能产生明显的衍射。 1.光的衍射 衍射现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射。 S 2.产生明显衍射的条件 孔变小 公司logo 公司logo 核心知识 ②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 (1)圆孔衍射 光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。 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。 3.三种衍射图样及其特点 公司logo 公司logo 核心知识 (2)单缝衍射 ①单色光通过狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹。 中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄。 白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。 3.三种衍射图样及其特点 公司logo 公司logo 核心知识 红光 单缝宽0.4mm 红光 单缝宽0.8mm 蓝光 单缝宽0.4mm ②波长一定时，单缝窄的中央亮条纹宽，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。 (2)单缝衍射 公司logo 公司logo 核心知识 ②中央是亮斑，圆板阴影边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 (3)圆板衍射(泊松亮斑) ①若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 3.三种衍射图样及其特点 公司logo 公司logo 核心知识 光通过狭缝时会产生明显的衍射现象，光通过比较宽的缝隙时我们看到“光沿直线传播”，此时光是不是就不发生衍射了？ 答案　不是。当狭缝或障碍物尺寸接近光的波长时，会有明显的衍射现象，狭缝较宽时，仍有衍射现象，只是不明显。 公司logo 公司logo 思考与讨论 1.如图所示的四种明暗相间的条纹分别是黄光、紫光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及红光、蓝光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是 A.黄蓝紫红 B.黄红紫蓝 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫 √ 例题 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1、3是双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距Δy=λ可知波长λ越大，Δy越大，故1是黄光的干涉图样，3是紫光的干涉图样。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2、4为单缝衍射图样，根据波长越长衍射现象越明显，可知4为红光的衍射图样，2为蓝光的衍射图样。故从左向右依次是黄光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、紫光(双缝干涉)和红光(单缝衍射)，故选A。 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 条纹间距相等 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻亮(暗)条纹等间距 亮度 中央最亮，越向两侧条纹越暗 各亮条纹亮度基本相同 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 单缝衍射与双缝干涉的比较 公司logo 公司logo 总结提升 2.关于衍射图样，下列选项正确的是 A.甲图是白光的单缝衍射条纹 B.乙图是单色光单缝衍射产生的图样 C.丙图是法国科学家泊松在实验中首次观察到的泊松亮斑 D.丁图是英国物理学家沃森和克里克做实验获得的一系列DNA纤 维的电子射线衍射图样 √ 例题 白光的单缝衍射图样是彩色的直条纹，故A错误； 乙图是单色光单缝衍射产生的图样，是明暗相间的直条纹，中间是亮纹，故B正确； 丙图是菲涅耳和阿拉果在实验中首次观察到的泊松亮斑，光线照射到圆板上，在圆板的后面出现一个亮斑，故C错误； 丁图是英国物理学家威尔金斯和富兰克林做实验获得的一系列DNA纤维的X射线衍射图样，故D错误。 3.甲、乙两图是教科书上红光的单缝衍射和双缝干涉实验图样。下列有关光的干涉和衍射现象说法正确的是 A.图甲发生的是衍射现象，图乙发生的是干涉现象 B.不改变其他条件，用紫光做实验时，图甲的条纹间距变小 C.不改变其他条件，只减小缝的宽度时，图甲的条纹间距变大 D.不改变其他条件，只减小缝的宽度时，图乙中央条纹宽度变小 √ 例题 干涉条纹的条纹等间距，由图可知图甲发生的是干涉现象，图乙发生的是衍射现象，根据Δy=λ，由于紫光的波长较小，所以不改变其他条件，当用紫光做实验时，图甲的条纹间距变小，不改变其他条件，当只减小缝的宽度时，图甲的条纹间距不变，图乙的中央条纹宽度变大，故选B。 衍射对分辨本领的影响 02 两个相邻的点光源S1和S2，发出光，通过小孔后分别在屏上形成两个像I1和I2，这两个像实际上是光源S1和S2的衍射图样。如果换用更小的圆孔，保持S1和S2之间的距离和其他条件都不变，则会发现衍射现象更加明显而使屏上两个衍射图样变得更大。 公司logo 公司logo 观察与思考 当圆孔足够小时，屏上的两个衍射图样会出现部分重叠，使两个光源在屏上所成的像变得难以分辨。当一个圆斑像的中心刚好落在另一个圆斑像的边缘上时，我们称这两个像刚好能被分辨。 公司logo 公司logo 核心知识 2.光学显微镜和望远镜等光学仪器，其透镜就相当于小圆孔 1.光学仪器的分辨本领 仪器能把彼此靠近的物体的像分离开来的能力。 衍射对分辨本领的影响 透镜的直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越低。 公司logo 公司logo 核心知识 4.(多选)用光学显微镜观察物体时，由于衍射，被观测的物体上的一个光点经过透镜后不再会聚为一点而是形成了一个光斑，这样物体的像就模糊了；电子束也是一种波，把电子加速后，它的物质波比可见光波长短得多，衍射现象的影响就小得多，这样就可以极大地提高显微镜的分辨能力。已知物质波的波长为λ=，p为物体的动量，h为普朗克常量。根据以上材料下列说法正确的是 A.该材料的信息说明了运动的电子也能发生衍射 B.为了进一步提高电子显微镜的分辨本领，应当降低加速电子的电压 C.相比电子显微镜，在相同电压加速后，质子显微镜的分辨本领更强 D.电子的动量越小，电子显微镜的分辨本领越强 √ √ 例题 材料中“电子束也是一种波”，可知运动的电子也能发生衍射，故A正确； 为进一步提高电子显微镜的分辨本领，应增加加速电子的电压，使电子的速度更大，即动量更大，它的物质波波长更短，更不容易发生衍射，故B错误； 由动能定理qU=mv2==，电子与质子经过相同电压加速后，质子获得动量更大，质子物质波波长更小，即质子显微镜的分辨本领更强，故C正确； 由λ=可知，电子的动量越小，波长越长，越容易发生衍射即电子显微镜的分辨本领越弱，故D错误。 衍射光栅 03 与单缝衍射相比，光栅衍射的亮条纹的宽度变窄，亮度增加。 衍射光栅 1.结构： 在两个螺杆上绷许多平行细金属线，或在玻璃上刻许多均匀细槽，因它们有类似栅栏的形状，被称为衍射光栅。 2.衍射光栅的种类： 3.衍射图样的特点： 透射光栅 反射光栅 公司logo 公司logo 核心知识 光的衍射 衍射对分辨本领的影响 衍射光栅 定义：光绕过障碍物偏离直线传播的现象 衍射现象 产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸接近光的波长 三种衍射图样：圆孔衍射、单缝衍射、圆盘衍射 透镜直径越小，衍射现象越明显，分辨本领就越低 分辨本领：把彼此靠近的物体的像分离开来的能力 种类：反射光栅、透射光栅 图样特点：与单缝衍射比，亮条纹宽度变窄，亮度增加。 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.12.100 $null在激光发射器前放一个可以调节的狭缝，缝后放一光屏。当缝比较宽，时光沿着直线方向通过狭缝，在屏上产生一条跟缝宽相当的亮线。当把缝宽调到大约等于波长时，亮线的宽度增大，出现了一条条亮线和暗线，这表明光没有沿直线传播，绕过了缝的边缘，这就是光的衍射现象。