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

第5节 光的衍射 学案 学习目标： 1.知道光的衍射现象，知道几种衍射现象的图样． 2．理解光产生明显衍射的条件． 3．知道衍射光栅的结构和衍射图样的特点，知道衍射光栅的两种分类. 知识梳理： 一、光的衍射 1．定义：光绕过障碍物偏离直线传播的现象． 2．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸接近光的波长或比光的波长还小． 3．单缝衍射的条纹特点 (1)中央条纹为亮条纹，离中心条纹越远，亮条纹的宽度越窄，亮度越暗． (2)狭缝越窄，中央亮条纹越暗． 4．圆盘衍射(泊松亮斑) (1)现象：用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个亮斑． (2)衍射图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，与小孔衍射图样有明显区别． 二、衍射光栅 1．结构 有许多等宽的狭缝等距离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，亮度越亮． 2．衍射图样的特点 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 反射光栅和透射光栅． 重、难点理解： 一．对光的衍射现象的理解 1．光的衍射 (1)产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多． (2)光是一种波 光的干涉现象表明光是一种波，由于衍射是波的特点，则光能够衍射，因此，光能够绕过障碍物或通过小孔进入几何阴影区而传播，即发生衍射现象． (3)可见光的波长范围是4.0×10－7～7.6×10－7 m，由发生明显衍射现象的条件可知，光的衍射现象不易观察． 2．两种不同的衍射现象 (1)单缝衍射 ①单色光的单缝衍射图样是明暗相间、亮度越来越暗且不等距的条纹，中央是亮纹，亮度大，宽度也大；波长越长，条纹间距越大，中央亮纹越宽； ②白光的单缝衍射图样中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央亮纹的色光是紫光，最远离中央亮纹的色光的是红光． (2)泊松亮斑——障碍物的衍射现象 各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清．若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．1．光的衍射 (1)产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多． (2)光是一种波 光的干涉现象表明光是一种波，由于衍射是波的特点，则光能够衍射，因此，光能够绕过障碍物或通过小孔进入几何阴影区而传播，即发生衍射现象． (3)可见光的波长范围是4.0×10－7～7.6×10－7 m，由发生明显衍射现象的条件可知，光的衍射现象不易观察． 2．两种不同的衍射现象 (1)单缝衍射 ①单色光的单缝衍射图样是明暗相间、亮度越来越暗且不等距的条纹，中央是亮纹，亮度大，宽度也大；波长越长，条纹间距越大，中央亮纹越宽； ②白光的单缝衍射图样中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央亮纹的色光是紫光，最远离中央亮纹的色光的是红光． (2)泊松亮斑——障碍物的衍射现象 　　各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清．若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑． 典例1：(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上的一条同样宽度的窄缝时产生的条纹相同，则下列描述正确的是(　　) 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 [解析]　上述现象符合光的衍射产生的条件，故B正确；由衍射产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故D也正确．[答案]　BD 二．单缝衍射与双缝干涉的比较 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 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多 频率、振动方向相同，相位差恒定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，越靠外条纹间距越小 各相邻条纹等间距 亮度 中间条纹最亮，两边变暗 清晰条纹，亮度基本相同 相同点 成因 干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果 意义 干涉、衍射都是波特有的现象，表明光是一种波 注意：(1)单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉，从而理解条纹相间排列． (2)光波的波长增大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大． (3)复色光的衍射或干涉图样，可认为是各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加． 典例２：一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，只是明条纹比原来暗些 B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央明条纹变宽些 C．只有一条与缝宽对应的明条纹 D．无条纹，只存在一片红光 [解析]　衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样的中央明条纹较宽；两侧都出现明暗相间的条纹，干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹且亮度迅速减弱．[答案]　B 当堂达标： 1．(光明显衍射的条件)(多选)(2020·浙江期中)沙尘暴是由土地的沙化引起的一种恶劣的天气现象，发生沙尘暴时能见度只有十几米，天气变黄变暗，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 2．(衍射图样和干涉图样)关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是(　　) A．甲图是光的干涉图样 B．乙图是光的衍射图样 C．丙图是光的折射原理 D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率 3．(单缝衍射)(多选)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰．如图甲所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况．下列说法正确的是(　　) A．做单缝实验时，光强分布图如图乙所示 B．做单缝实验时，光强分布图如图丙所示 C．做双缝实验时，光强分布图如图乙所示 D．做双缝实验时，光强分布图如图丙所示 4．(物理光学综合问题)(多选)下列说法正确的是(　　) A．光纤通信利用了全反射的原理 B．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由光的衍射造成的 C．障碍物的尺寸比光的波长大得多时，一定不会发生衍射现象 D．人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的单缝衍射图样 参考答案： 1.解析：选BD．据光明显衍射的条件，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光线能到达地面，据λ＝知，到达地面的光是频率较小的部分． 2.解析：选C．甲图是光的衍射图样，乙图是光的干涉图样，A、B错误；丙图是光的折射原理，C正确；丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，D错误． 3.解析：选AD．双缝干涉条纹等间距，单缝衍射条纹一定不等间距，即中央宽、两边窄的明暗相间的条纹．若做单缝实验时，光强分布图如图乙所示，故A正确，B错误；若做双缝实验时，光强分布图如图丙所示，故C错误，D正确． 4.解析：选AD．光纤通信是利用了光的全反射原理制成的，故A正确；水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由油膜的上下表面对光的干涉形成的，故B错误；障碍物的尺寸比光的波长大得多时，也会发生衍射现象，只不过不明显，故C错误；人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的衍射图样，故D正确． 学科网（北京）股份有限公司 $