5. 光的衍射（同步讲义）物理人教版选择性必修第一册

本高中物理讲义以光的衍射为核心知识点，系统梳理光的衍射现象（单缝、圆孔、圆盘衍射及泊松亮斑）、发生条件（障碍物尺寸与光波长相近或更小），并延伸至衍射光栅的结构（等宽狭缝等距排列）与种类（透射、反射光栅），构建从现象观察到原理分析的学习支架。 资料通过情境探究（如手电筒照细缝观察光斑变化）和问题驱动（分析不同色光衍射差异）设计重难探究环节，培养学生科学探究能力与科学思维，结合典例赏析和分层练习（课堂自测、素养进阶），课中辅助教师引导学生深化理解，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

5. 光的衍射 【知识梳理】 1 一、 光的衍射 1 二、 衍射光栅 1 【重难探究】 3 探究1 　探究光的衍射 3 探究2 探究衍射光栅 4 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 光的衍射 1、光的衍射：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。 （1）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。 （2）发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。 2、光的衍射常见现象 （1）单缝衍射 ①单色光入射单缝时，出现明暗相间的不等距条纹，中间亮条纹较宽，较亮；两边亮条纹较窄、较暗。 ②白光衍射时中央是白条纹，两侧是彩色条纹。 （2）圆孔衍射：光入射微小的圆孔时，出现明暗相间不等距的圆形条纹。如果用白光照射时，中间亮圆为白色，周围是彩色圆环。 （3）圆盘衍射：圆盘阴影区的中央有个亮斑———泊松亮斑。圆盘阴影区的周围有明暗相间的圆形衍射条纹。亮环或暗环的间距随半径的增大而减小，即越向外条纹越窄。 （4）光栅衍射 ①衍射光栅：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。包括透射光栅和反射光栅两种。 ②衍射图样：与单缝衍射图样分布特征相同，但其条纹变窄、亮度增加。 3、泊松亮斑（圆盘衍射）：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环），泊松亮斑的图像如下 泊松亮斑的特点 （1）中央是亮斑。 （2）形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 （3）周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。 4、光的衍射的意义：光能发生衍射现象说明光是一种波。 知识点2 衍射光栅 1、衍射光栅结构：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。用它更易观察、分析衍射现象。 2、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，未刻部分相当于一条狭缝，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。 【重难探究】 探究1 光的衍射 【探究导入】 情境探究 夜晚，用手电筒照射一张带有细缝的卡片，当缝隙较宽时，光斑清晰且边缘分明；但当慢慢缩小缝隙宽度时，光斑不仅没有变窄，反而变得模糊并展开成一条较宽的亮带，甚至出现明暗交替的条纹。这种现象在日常生活中虽不易察觉，却真实存在。 问题 1.当狭缝变窄时，光斑为何不再保持狭窄，反而变宽？ 提示： 当缝较宽时，光近似沿直线传播，形成与缝宽相当的亮条纹；但当缝宽减小到与光波长接近时，光会“绕过”缝的边缘，传播到几何阴影区域，导致亮条纹展宽，这是光波动性的体现 2.为什么在缝很窄时，光屏上会出现明暗相间的条纹？ 提示： 缝上不同位置发出的光波在传播过程中发生叠加，某些位置波峰与波峰相遇，光强增强（明纹）；波峰与波谷相遇则抵消（暗纹），形成明暗相间的衍射图样。 3.不同颜色的光在衍射时表现有何差异？ 提示： 白光包含多种波长的光，不同波长的光衍射时偏折程度不同，即，红光偏折大，紫光偏折小，因此各色光条纹位置不同，形成彩色条纹。 4.光在什么条件下会明显偏离直线传播？ 提示： 当障碍物或狭缝尺寸与光波长相近时，衍射显著；尺寸远大于波长时，衍射不明显，可近似认为光沿直线传播。 【探究归纳】 1. 光通过窄缝时不再沿直线传播，而是绕过障碍物传播到较宽区域，这种现象称为光的衍射。 2. 当狭缝宽度足够小时，屏上出现明暗相间的条纹。 3. 白光衍射时，因不同色光波长不同，亮条纹位置不同，形成彩色条纹。 4. 来自缝上不同位置的光叠加时加强或削弱，形成亮纹或暗纹。 5. 障碍物尺寸远大于光波长时，衍射不明显，光近似直线传播；尺寸接近波长时，衍射显著。 【典例赏析】 [例1]（多选）以下关于光现象的说法正确的是（　　） A．一个面光源发出的光经较大的障碍物后在屏上的影有本影和半影，这是光发生衍射的结果 B．把两支铅笔捏紧，透过中央的细缝去观察日光灯，会看到彩色条纹，这是光发生衍射的结果 C．白光通过单缝发生衍射时，偏离中央亮条纹最远的是红光 D．一束平行白光经凸透镜折射后，在其后的屏上也会看到彩色的亮环，这是光发生衍射的结果 [例2]下列关于干涉、衍射现象的说法正确的是（　　） A．图（a）是双缝干涉图样，中央条纹亮度最宽 B．图（b）肥皂泡呈现的彩色条纹是不等间距的 C．图（c）是圆孔衍射的图样 D．图（d）是泊松亮斑的图样 【针对训练】 1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．这里应用的是光的偏振现象 B．这里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 2.多选）关于以下四个示意图，下列说法正确的是（　　）    A．甲图为双缝干涉示意图，可以用白炽灯直接照射双缝，在屏上可以得到等宽、等亮的干涉条纹 B．图乙所示用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到的明暗相间的干涉条纹，该区域薄膜厚度一定沿x轴正方向逐渐变厚 C．丙图为肥皂泡薄膜干涉示意图，将框架顺时针旋转90°，条纹不会跟着顺时针旋转90° D．图丁所示泊松亮斑是由于光的衍射形成的 探究2 探究衍射光栅 【探究导入】 情境探究 在日常生活中，我们用放大镜观察细小物体时，能清晰分辨其结构。然而，若想观察更微小的细节，如光的波长差异，普通透镜难以实现。此时需要借助特殊的光学元件，如衍射光栅。它能将不同波长的光分开，形成清晰的彩色条纹，广泛应用于光谱分析中。 问题 1. 单缝衍射形成的条纹有什么特点？为什么难以用于精确测量？ 提示：单缝衍射产生的中央亮纹较宽，两侧条纹亮度迅速下降，导致相邻条纹不易区分，测量精度低，无法满足实际应用需求 2. 如果增加狭缝数量，衍射图样会发生怎样的变化？ 提示：实验发现，当狭缝数量增多时，衍射条纹变得更细、更明亮，且条纹之间的间距更均匀，分辨能力显著提高。 3.多条狭缝如何共同作用形成更窄、更亮的条纹？ 提示：多缝之间等距排列，各缝发出的光波在特定方向上相干加强，而在其他方向相互抵消，导致亮纹集中于某些角度，宽度变窄，强度增强。 4.如何利用这一原理制作能够分光的光学元件？ 提示：将大量等宽、等距的狭缝规则排列，即可制成衍射光栅。透射式可在玻璃上刻出不透光刻痕，保留透光狭缝；反射式则在金属表面刻痕，利用反射区域形成光栅结构 【探究归纳】 1. 单缝衍射条纹较宽，远处条纹亮度低，分辨能力差。 2. 增加狭缝数量可使衍射条纹变窄、亮度增加。 3. 衍射光栅是由许多等宽狭缝等距离排列而成的光学元件。 4. 透射光栅通过在玻璃上刻痕形成不透光区，未刻部分为透光狭缝。 5. 反射光栅是在高反射率金属上刻痕制成。 【例3】（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．透射光栅中有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 【针对训练】 3.若用衍射光栅准确测定一单色可见光的波长，在下列各种光栅常数的光栅中选用哪一种最好（　　） A． B． C． D． 4.（多选）下列说法正确的是（　　） A．肥皂泡呈现彩色条纹是光的干涉引起的 B．全息照相的拍摄主要利用了光的衍射原理 C．光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果 D．影响显微镜分辨本领的一个因素是光的衍射，衍射越明显，分辨本领越高 【课堂自测·基础练】 1．在白炽灯光的照射下，在肥皂膜的表面可以看到彩色条纹；通过两支铅笔夹成的一条狭缝去观察发光的日光灯，也会看到彩色条纹，这两种现象（　　） A．都是光的衍射现象 B．都是光的干涉现象 C．都是光的波动性的表现 D．前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象 2．利用单缝衍射实验装置可以观察金属的热胀冷缩现象。如图所示，挡光片a固定，挡光片b放置在一金属棒上端，让绿色激光通过a、b间的平直狭缝后在光屏上形成衍射图样。关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．激光通过狭缝后在光屏上可以形成明暗相间的等距条纹 B．其他实验条件不变，使用红色激光，中央亮条纹宽度变大 C．其他实验条件不变，对金属棒加温，中央亮条纹宽度变小 D．其他实验条件不变，对金属棒降温，中央亮条纹宽度变大 3．光能产生衍射和干涉图样，在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆盘后，在光屏上分别得到如下四幅图样，以下说法正确的是（　　） A．②是小圆盘泊松亮斑衍射图样，④是双缝干涉图样 B．①是小圆盘泊松亮斑衍射图样，③是单缝衍射图样 C．①是小圆孔衍射图样，④是双缝干涉图样 D．②是小圆孔衍射图样，③是双缝干涉图样 4．关于光的衍射现象，下列说法正确的是（　　） A．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 B．衍射图样是光波相互叠加的结果 C．在做光的单缝衍射实验时，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变窄 D．光照到较大圆孔上，屏幕上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射 5．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从空气射向点，并偏折到点。已知入射方向与边的夹角为，、分别为边、的中点，则（　　） A．光从空气进入棱镜后更容易发生衍射 B．光在点发生全反射 C．该棱镜的折射率为 D．从点出射的光束与入射到点的光束平行 6．在挡板上安装一个宽度可调的单缝，缝后放一个光屏，如图所示。用红光照射单缝并调节单缝宽度，在光屏上出现了明暗相间的条纹。下列说法中正确的是（　　） A．在光屏上会观察到等间距的明暗相间条纹 B．若减小单缝宽度，光屏上的条纹间距变大 C．若减小单缝到光屏的距离，条纹间距变大 D．若用白光照射，光屏上不会得到彩色条纹 7．下图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则（　　） A．a光的频率大于b光的频率 B．a光比b光更容易发生衍射 C．a、b光从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大 D．a、b光从真空射入同种介质时，a光的折射角大于b光的折射角 8．如图所示为半球形玻璃的横截面，是对称轴，现有两束不同的单色细光束a、b分别从玻璃上对称两点垂直入射，出射后相交于左侧的P点，下列说法正确的是（　　） A．a光的频率小于b光的频率 B．a光在玻璃中传播的时间更长 C．仅增大两束光入射点到的距离，a光比b光先发生全反射 D．两束光经过同一单缝衍射装置时，b光的中央亮条纹更宽 9．（多选）关于光的现象，下列说法中正确的是（　　） A．频率相同的两列光一定能发生干涉 B．在双缝干涉现象中，入射光波长变长，相邻两个亮条纹间距将变大 C．如图甲所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凹陷的 D．让单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后，得到图乙所示的衍射图样，单缝a的宽度较大 10．（多选）调节游标卡尺外测量爪之间的距离，可形成一条宽度可以测量的狭缝。用红光激光器照射狭缝，可以简便地进行单缝衍射实验，如图所示是仅调节缝宽得到的两次单缝衍射图，下列说法正确的是（　　） A．得到甲图结果时，外测量爪之间形成的狭缝更宽 B．得到乙图结果时，外测量爪之间形成的狭缝更宽 C．采用绿光激光重重复实验时，衍射条纹的间距更宽 D．采用绿光激光重重复实验时，衍射条纹的间距更窄 11．（多选）如图所示，一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光。若将a、b两束光分别通过相同的狭缝，又将a、b两束光分别通过相同的双缝装置，则下列说法正确的是（　　） A．a、b光分别通过相同的狭缝，a光比b光更容易发生衍射 B．a、b光分别通过相同的狭缝，b光比a光更容易发生衍射 C．a、b光分别通过相同的双缝装置，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 D．a、b光分别通过相同的双缝装置，b光的干涉条纹间距大于a光的干涉条纹间距 12．（多选）如图所示，三棱镜的横截面为直角三角形，，。一束复色光从空气射向上的点，分成两束光、后分别偏折到上的、点，光线平行于底边。已知入射光与的夹角为，下列说法正确的是（　　） A．三棱镜对光的折射率为 B．光在点能发生全反射 C．光发生全反射的临界角比光的大 D．光比光更容易发生衍射 13．如图所示，一束复合光以60°的入射角先经正三角形截面的三棱镜后分成两束，标记为光束1和光束2，其中光束1平行于棱镜底边，再让两束光通过相同宽度的狭缝投射到光屏、上，得到衍射图样从下图中的某个选择。根据实验应该可得以下结论： (1)该棱镜对光束1的折射率为 ；且 （为棱镜对光束2的折射率。选填“>、<或=”）。 (2)光屏上的图样是 ；光屏上的图样是 。（填写下面提供的图样编号） 【素养进阶·提升练】 1．（2025·安徽安庆·模拟预测）关于机械振动、机械波和光，下列说法正确的是（　　） A．机械波中除振源外的各质点均做受迫振动且各质点的振动周期相同 B．回音壁是北京天坛皇穹宇的围墙，回音壁的回音是由声音的折射形成的 C．有机械振动就有机械波，机械波中各质点的振幅一定与振源的振幅相同 D．泊松亮斑是干涉现象，阳光下肥皂膜上的彩色条纹是衍射现象 2．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）日晕是一种大气光学现象。在一定的气象条件下，空气中的小水滴会变成六棱柱状的小冰晶，太阳光穿过小冰晶时发生折射，看上去在太阳的周围出现一个圆圈，这就是日晕，如图甲所示。如图乙所示是两单色光穿过六棱柱状冰晶某横截面的示意图，下列说法正确的是（　　） A．若光是黄光，则光可能是红光 B．光比光更容易发生明显的衍射现象 C．光在冰晶中的传播速度小于光的传播速度 D．用同一双缝干涉装置做实验，光的相邻亮条纹中心间距大于光的相邻亮条纹中心间距 3．（2025·北京·高考真题）下列现象属于光的衍射的是（　　） A．雨后天空出现彩虹 B．通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹 C．肥皂膜在日光照射下呈现彩色 D．水中的气泡看上去特别明亮 4．（2025·江苏常州·模拟预测）为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如乙所示环状区域只有b光，中间小圆为复合光，以下说法中不正确的是（　　） A．通过同一较小障碍物时b光衍射现象较明显 B．a光的折射率大于b光 C．用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小 D．在水中a光波速大于b光 。 5．（2025·安徽合肥·模拟预测）（多选）甲、乙两种单色光分别经同一单缝得到的衍射图样如图甲、乙所示。图丙为一半圆柱形玻璃砖的截面图，是圆心，是法线，是足够长的光屏。甲光沿半径以入射角射向点，折射角为。下列说法正确的是（　　） A．甲光在玻璃砖中的折射率为 B．甲光在玻璃砖中的折射率大于乙光在玻璃砖中的折射率 C．若乙光沿半径以相同入射角射向点时，可能发生全反射 D．若玻璃砖绕点逆时针旋转，上可能接收不到甲光 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 5. 光的衍射 【知识梳理】 1 一、 光的衍射 1 二、 衍射光栅 1 【重难探究】 3 探究1 　探究光的衍射 3 探究2 探究衍射光栅 4 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 光的衍射 1、光的衍射：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。 （1）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。 （2）发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。 2、光的衍射常见现象 （1）单缝衍射 ①单色光入射单缝时，出现明暗相间的不等距条纹，中间亮条纹较宽，较亮；两边亮条纹较窄、较暗。 ②白光衍射时中央是白条纹，两侧是彩色条纹。 （2）圆孔衍射：光入射微小的圆孔时，出现明暗相间不等距的圆形条纹。如果用白光照射时，中间亮圆为白色，周围是彩色圆环。 （3）圆盘衍射：圆盘阴影区的中央有个亮斑———泊松亮斑。圆盘阴影区的周围有明暗相间的圆形衍射条纹。亮环或暗环的间距随半径的增大而减小，即越向外条纹越窄。 （4）光栅衍射 ①衍射光栅：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。包括透射光栅和反射光栅两种。 ②衍射图样：与单缝衍射图样分布特征相同，但其条纹变窄、亮度增加。 3、泊松亮斑（圆盘衍射）：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环），泊松亮斑的图像如下 泊松亮斑的特点 （1）中央是亮斑。 （2）形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 （3）周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。 4、光的衍射的意义：光能发生衍射现象说明光是一种波。 知识点2 衍射光栅 1、衍射光栅结构：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。用它更易观察、分析衍射现象。 2、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，未刻部分相当于一条狭缝，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。 【重难探究】 探究1 光的衍射 【探究导入】 情境探究 夜晚，用手电筒照射一张带有细缝的卡片，当缝隙较宽时，光斑清晰且边缘分明；但当慢慢缩小缝隙宽度时，光斑不仅没有变窄，反而变得模糊并展开成一条较宽的亮带，甚至出现明暗交替的条纹。这种现象在日常生活中虽不易察觉，却真实存在。 问题 1.当狭缝变窄时，光斑为何不再保持狭窄，反而变宽？ 提示： 当缝较宽时，光近似沿直线传播，形成与缝宽相当的亮条纹；但当缝宽减小到与光波长接近时，光会“绕过”缝的边缘，传播到几何阴影区域，导致亮条纹展宽，这是光波动性的体现 2.为什么在缝很窄时，光屏上会出现明暗相间的条纹？ 提示： 缝上不同位置发出的光波在传播过程中发生叠加，某些位置波峰与波峰相遇，光强增强（明纹）；波峰与波谷相遇则抵消（暗纹），形成明暗相间的衍射图样。 3.不同颜色的光在衍射时表现有何差异？ 提示： 白光包含多种波长的光，不同波长的光衍射时偏折程度不同，即，红光偏折大，紫光偏折小，因此各色光条纹位置不同，形成彩色条纹。 4.光在什么条件下会明显偏离直线传播？ 提示： 当障碍物或狭缝尺寸与光波长相近时，衍射显著；尺寸远大于波长时，衍射不明显，可近似认为光沿直线传播。 【探究归纳】 1. 光通过窄缝时不再沿直线传播，而是绕过障碍物传播到较宽区域，这种现象称为光的衍射。 2. 当狭缝宽度足够小时，屏上出现明暗相间的条纹。 3. 白光衍射时，因不同色光波长不同，亮条纹位置不同，形成彩色条纹。 4. 来自缝上不同位置的光叠加时加强或削弱，形成亮纹或暗纹。 5. 障碍物尺寸远大于光波长时，衍射不明显，光近似直线传播；尺寸接近波长时，衍射显著。 【典例赏析】 [例1]（多选）以下关于光现象的说法正确的是（　　） A．一个面光源发出的光经较大的障碍物后在屏上的影有本影和半影，这是光发生衍射的结果 B．把两支铅笔捏紧，透过中央的细缝去观察日光灯，会看到彩色条纹，这是光发生衍射的结果 C．白光通过单缝发生衍射时，偏离中央亮条纹最远的是红光 D．一束平行白光经凸透镜折射后，在其后的屏上也会看到彩色的亮环，这是光发生衍射的结果 【答案】BC 【详解】A．一个面光源发出的光经较大的障碍物后在屏上的影有本影和半影，这是光的直线传播造成的结果，A错误； B．把两支铅笔捏紧，透过中央的细缝去观察日光灯，会看到彩色条纹，这是光发生衍射的结果，B正确； C．因红光的波长最大，则白光通过单缝发生衍射时，红光衍射现象更加明显，则偏离中央亮条纹最远的是红光，C正确； D．一束平行白光经凸透镜折射后，在其后的屏上也会看到彩色的亮环，这是光发生折射产生的色散结果，D错误。 故选BC。 [例2]下列关于干涉、衍射现象的说法正确的是（　　） A．图（a）是双缝干涉图样，中央条纹亮度最宽 B．图（b）肥皂泡呈现的彩色条纹是不等间距的 C．图（c）是圆孔衍射的图样 D．图（d）是泊松亮斑的图样 【答案】B 【详解】A．双缝干涉形成的条纹是等间距的，图（a）是单缝衍射图样，故A错误； B．图（b）中肥皂泡呈现彩色条纹，肥皂泡上下厚度不均匀，且不同颜色光的波长不同，彩色条纹是不等间距的，故B正确； C．图（c）是泊松亮斑的图样，故C错误； D．图（d）是圆孔衍射的图样，故D错误。 故选B。 【针对训练】 1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．这里应用的是光的偏振现象 B．这里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】D 【详解】AB．由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，AB错误； CD．当抽制的丝变细，相当于遮光板上的窄缝变窄，衍射现象更明显，故屏上条纹变宽，C错误，D正确。 故选D。 2.多选）关于以下四个示意图，下列说法正确的是（　　）    A．甲图为双缝干涉示意图，可以用白炽灯直接照射双缝，在屏上可以得到等宽、等亮的干涉条纹 B．图乙所示用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到的明暗相间的干涉条纹，该区域薄膜厚度一定沿x轴正方向逐渐变厚 C．丙图为肥皂泡薄膜干涉示意图，将框架顺时针旋转90°，条纹不会跟着顺时针旋转90° D．图丁所示泊松亮斑是由于光的衍射形成的 【答案】CD 【详解】A．甲图为双缝干涉示意图，如果用白炽灯直接照射双缝，可知白炽灯光是由多种单色光组成，各单色光的波长不同，由双缝干涉条纹间距公式可知，不同波长的光，产生的条纹间距不同，因此会产生彩色条纹，在屏上不可以得到等宽、等亮的干涉条纹，故A错误； B．图乙所示用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到的明暗相间的干涉条纹，条纹间距越来越大，说明该区域薄膜厚度一定沿x轴正方向逐渐变薄，故B错误； C．丙图为肥皂泡薄膜干涉示意图，将框架顺时针旋转，肥皂泡薄膜仍然是上薄下厚，条纹不会跟着顺时针旋转，故C正确； D．图丁为泊松亮斑，是由于光的衍射形成的，故D正确。 故选CD。 探究2 探究衍射光栅 【探究导入】 情境探究 在日常生活中，我们用放大镜观察细小物体时，能清晰分辨其结构。然而，若想观察更微小的细节，如光的波长差异，普通透镜难以实现。此时需要借助特殊的光学元件，如衍射光栅。它能将不同波长的光分开，形成清晰的彩色条纹，广泛应用于光谱分析中。 问题 1. 单缝衍射形成的条纹有什么特点？为什么难以用于精确测量？ 提示：单缝衍射产生的中央亮纹较宽，两侧条纹亮度迅速下降，导致相邻条纹不易区分，测量精度低，无法满足实际应用需求 2. 如果增加狭缝数量，衍射图样会发生怎样的变化？ 提示：实验发现，当狭缝数量增多时，衍射条纹变得更细、更明亮，且条纹之间的间距更均匀，分辨能力显著提高。 3.多条狭缝如何共同作用形成更窄、更亮的条纹？ 提示：多缝之间等距排列，各缝发出的光波在特定方向上相干加强，而在其他方向相互抵消，导致亮纹集中于某些角度，宽度变窄，强度增强。 4.如何利用这一原理制作能够分光的光学元件？ 提示：将大量等宽、等距的狭缝规则排列，即可制成衍射光栅。透射式可在玻璃上刻出不透光刻痕，保留透光狭缝；反射式则在金属表面刻痕，利用反射区域形成光栅结构 【探究归纳】 1. 单缝衍射条纹较宽，远处条纹亮度低，分辨能力差。 2. 增加狭缝数量可使衍射条纹变窄、亮度增加。 3. 衍射光栅是由许多等宽狭缝等距离排列而成的光学元件。 4. 透射光栅通过在玻璃上刻痕形成不透光区，未刻部分为透光狭缝。 5. 反射光栅是在高反射率金属上刻痕制成。 【例3】（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．透射光栅中有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 【详解】ACD．衍射光栅由一系列等距的平行刻痕或狭缝组成，刻痕处发生漫反射而不透光，未刻痕的部分相当于透光的狭缝， C错误AD正确； B．衍射光栅可分为透射光栅和反射光栅两类，B正确。 故选ABD。 【针对训练】 3.若用衍射光栅准确测定一单色可见光的波长，在下列各种光栅常数的光栅中选用哪一种最好（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由于可见光的波长在左右，如果用衍射光栅测量波长，光栅常数越接近波长，衍射现象越明显，测量波长越准确。 故选D。 。 4.（多选）下列说法正确的是（　　） A．肥皂泡呈现彩色条纹是光的干涉引起的 B．全息照相的拍摄主要利用了光的衍射原理 C．光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果 D．影响显微镜分辨本领的一个因素是光的衍射，衍射越明显，分辨本领越高 【答案】AC 【详解】A．肥皂泡呈现彩色条纹是光的干涉引起的，故A正确； B．全息照相的拍摄主要利用了光的干涉原理，故B错误； C．光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果，故C正确； D．影响显微镜分辨本领的一个因素是光的衍射，衍射越明显，分辨本领越低，故D错误。 故选AC。 【课堂自测·基础练】 1．在白炽灯光的照射下，在肥皂膜的表面可以看到彩色条纹；通过两支铅笔夹成的一条狭缝去观察发光的日光灯，也会看到彩色条纹，这两种现象（　　） A．都是光的衍射现象 B．都是光的干涉现象 C．都是光的波动性的表现 D．前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象 【答案】C 【详解】在白炽灯光照射下，肥皂膜的表面会出现彩色条纹，这是薄膜干涉现象；通过两支并在一起的铅笔狭缝去观察发光的日光灯，也会看到彩色条纹，这是单缝衍射现象，干涉和衍射都是波的特有现象，均体现光的波动性，故只有C正确。 故选C。 2．利用单缝衍射实验装置可以观察金属的热胀冷缩现象。如图所示，挡光片a固定，挡光片b放置在一金属棒上端，让绿色激光通过a、b间的平直狭缝后在光屏上形成衍射图样。关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．激光通过狭缝后在光屏上可以形成明暗相间的等距条纹 B．其他实验条件不变，使用红色激光，中央亮条纹宽度变大 C．其他实验条件不变，对金属棒加温，中央亮条纹宽度变小 D．其他实验条件不变，对金属棒降温，中央亮条纹宽度变大 【答案】B 【详解】A．激光通过狭缝后在光屏上得到的是中间宽、两侧窄的明暗相间的条纹，故A错误； B．其他实验条件不变，使用红色激光，则激光的波长更大，衍射现象更明显，中央亮条纹宽度变大，故B正确； C．其他实验条件不变，对金属棒加温，则单缝宽度变小，中央亮条纹宽度变大，故C错误； D．其他实验条件不变，对金属棒降温，则单缝宽度变大，中央亮条纹宽度变小，故D错误。 故选B。 3．光能产生衍射和干涉图样，在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆盘后，在光屏上分别得到如下四幅图样，以下说法正确的是（　　） A．②是小圆盘泊松亮斑衍射图样，④是双缝干涉图样 B．①是小圆盘泊松亮斑衍射图样，③是单缝衍射图样 C．①是小圆孔衍射图样，④是双缝干涉图样 D．②是小圆孔衍射图样，③是双缝干涉图样 【答案】D 【详解】衍射与干涉图样的区别是：前者是中间亮条纹明且宽大，越向两侧宽度越小，后者明暗条纹宽度相等，可知③图是双缝干涉条纹，④图是单缝衍射条纹；单色光照射小圆孔做衍射的实验时，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，条纹间距也不等，亮度向外逐渐变暗；而泊松亮斑的中间是一个比较小的亮点，可知②是小孔衍射，①是小圆盘泊松亮斑衍射图样。 故选D。 4．关于光的衍射现象，下列说法正确的是（　　） A．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 B．衍射图样是光波相互叠加的结果 C．在做光的单缝衍射实验时，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变窄 D．光照到较大圆孔上，屏幕上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射 【答案】B 【详解】A．白光的衍射图样是彩色条纹，故A错误； B．衍射图样中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，故B正确； C．换用波长较长的光照射，衍射现象更明显，衍射条纹间距变宽，故C错误； D．屏幕上大光斑的边缘模糊，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B。 5．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从空气射向点，并偏折到点。已知入射方向与边的夹角为，、分别为边、的中点，则（　　） A．光从空气进入棱镜后更容易发生衍射 B．光在点发生全反射 C．该棱镜的折射率为 D．从点出射的光束与入射到点的光束平行 【答案】C 【详解】A．根据公式，， 可得 可知光从空气进入棱镜后波长会变短，光更不容易发生衍射，故A错误； BC．在点作出法线，根据几何关系可知入射角为，折射角为，则该棱镜的折射率为 在点作出法线，根据几何关系可知入射角为，由光路的可逆性可知，在边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，故B错误，C正确； D．三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到点的光束平行，故D错误。 故选C。 6．在挡板上安装一个宽度可调的单缝，缝后放一个光屏，如图所示。用红光照射单缝并调节单缝宽度，在光屏上出现了明暗相间的条纹。下列说法中正确的是（　　） A．在光屏上会观察到等间距的明暗相间条纹 B．若减小单缝宽度，光屏上的条纹间距变大 C．若减小单缝到光屏的距离，条纹间距变大 D．若用白光照射，光屏上不会得到彩色条纹 【答案】B 【详解】A．单缝衍射的图样是中央条纹亮而宽，两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱，故A错误； BC．要使光屏上的条纹间距变大，即衍射现象更明显，则可减小单缝的宽度，或者改用波长更大的平行光照射，改变单缝到光屏的距离不能使条纹间距变大，故B正确，C错误； D．若用白光照射单缝时，光屏上中央亮纹两侧会得到彩色条纹，故D错误。 故选B。 7．下图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则（　　） A．a光的频率大于b光的频率 B．a光比b光更容易发生衍射 C．a、b光从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大 D．a、b光从真空射入同种介质时，a光的折射角大于b光的折射角 【答案】A 【详解】AB．根据 可知，a光的条纹间距较小，可知波长较小，则a光频率大于b光的频率，可知b光比a光更容易发生衍射，选项A正确，B错误； C．因a光频率较大，可知折射率较大，根据 可知a、b光从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角小，选项C错误； D．因a光折射率较大，a、b光从真空以相同的入射角射入同种介质时，a光的折射角小于b光的折射角，选项D错误。 故选A。 8．如图所示为半球形玻璃的横截面，是对称轴，现有两束不同的单色细光束a、b分别从玻璃上对称两点垂直入射，出射后相交于左侧的P点，下列说法正确的是（　　） A．a光的频率小于b光的频率 B．a光在玻璃中传播的时间更长 C．仅增大两束光入射点到的距离，a光比b光先发生全反射 D．两束光经过同一单缝衍射装置时，b光的中央亮条纹更宽 【答案】A 【详解】A．由图可知，b光的折射率更大，则b光频率大，A正确； B．由可知b光在玻璃中传播速度更小，路程相同，则b光传播时间更长，B错误； C．仅增大两束光到的距离，根据可知b光先发生全反射，C错误； D．b光的频率大于a光的频率，b光的波长小于a光的波长，两束光经过同一单缝衍射装置时，b光的中央亮条纹更窄，D错误。 故选A。 9．（多选）关于光的现象，下列说法中正确的是（　　） A．频率相同的两列光一定能发生干涉 B．在双缝干涉现象中，入射光波长变长，相邻两个亮条纹间距将变大 C．如图甲所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凹陷的 D．让单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后，得到图乙所示的衍射图样，单缝a的宽度较大 【答案】BC 【详解】A．两列光发生稳定的干涉现象的条件是两列光的频率相同且相位差恒定，故频率相同的两列光相遇时不一定能发生干涉现象，故A错误； B．在双缝干涉现象中，根据 可知入射光波长变长，相邻两个亮条纹间距将变大，故B正确； C．空气薄层干涉是等厚干涉，即明条纹处空气的厚度相同，条纹向左弯曲，表明条纹弯曲处左侧空气膜的厚度与直条纹处空气膜的厚度相同，弯曲处是凹下的，故C正确； D．单缝宽度增大，衍射条纹宽度将变小，由题图乙知该单色光通过单缝b后的衍射条纹较窄，所以单缝b的宽度较大，故D错误。 故选BC。 10．（多选）调节游标卡尺外测量爪之间的距离，可形成一条宽度可以测量的狭缝。用红光激光器照射狭缝，可以简便地进行单缝衍射实验，如图所示是仅调节缝宽得到的两次单缝衍射图，下列说法正确的是（　　） A．得到甲图结果时，外测量爪之间形成的狭缝更宽 B．得到乙图结果时，外测量爪之间形成的狭缝更宽 C．采用绿光激光重重复实验时，衍射条纹的间距更宽 D．采用绿光激光重重复实验时，衍射条纹的间距更窄 【答案】AD 【详解】AB．单缝衍射现象中，缝宽越小，衍射现象越明显，中央亮纹越宽，则得到甲图结果时，外测量爪之间形成的狭缝更宽，故A正确，B错误； CD．波长越长，衍射条纹的间距越宽。绿光的波长比红光短，所以衍射现象更不明显，即衍射条纹的间距更窄，故C错误，D正确。 故选AD。 11．（多选）如图所示，一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光。若将a、b两束光分别通过相同的狭缝，又将a、b两束光分别通过相同的双缝装置，则下列说法正确的是（　　） A．a、b光分别通过相同的狭缝，a光比b光更容易发生衍射 B．a、b光分别通过相同的狭缝，b光比a光更容易发生衍射 C．a、b光分别通过相同的双缝装置，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 D．a、b光分别通过相同的双缝装置，b光的干涉条纹间距大于a光的干涉条纹间距 【答案】AC 【详解】AB．由题图可知，复色光从空气射入光导纤维后a光的偏折程度较小，则光导纤维对a光的折射率较小，所以a光的频率较小，波长较大；则a、b光分别通过相同的狭缝，a光比b光更容易发生衍射，故A正确，B错误； CD．a、b光分别通过相同的双缝装置，根据，由于a光的波长较大，所以a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故C正确，D错误。 故选AC。 12．（多选）如图所示，三棱镜的横截面为直角三角形，，。一束复色光从空气射向上的点，分成两束光、后分别偏折到上的、点，光线平行于底边。已知入射光与的夹角为，下列说法正确的是（　　） A．三棱镜对光的折射率为 B．光在点能发生全反射 C．光发生全反射的临界角比光的大 D．光比光更容易发生衍射 【答案】BC 【详解】B．a光在BC界面的入射角，根据几何关系可知折射角为，根据折射定律得三棱镜对a光的折射率为 则a光从三棱镜射出空气发生全反射的临界角满足 可得 根据几何关系可知a光在点入射角为 所以a光在点能发生全反射，故B正确； A．由题图可知，复色光从点射入三棱镜，b光的偏折程度较小，所以三棱镜对b光的折射率小于三棱镜对a光的折射率，即三棱镜对b光的折射率小于，故A错误； C．根据全反射临界角公式，由于三棱镜对b光的折射率小于三棱镜对a光的折射率，所以b光发生全反射的临界角比a光的大，故C正确； D．三棱镜对b光的折射率小于三棱镜对a光的折射率，则b光的频率小于a光的频率，b光的波长大于a光的波长，所以b光比a光更容易发生衍射，故D错误。 故选BC。 13．如图所示，一束复合光以60°的入射角先经正三角形截面的三棱镜后分成两束，标记为光束1和光束2，其中光束1平行于棱镜底边，再让两束光通过相同宽度的狭缝投射到光屏、上，得到衍射图样从下图中的某个选择。根据实验应该可得以下结论： (1)该棱镜对光束1的折射率为 ；且 （为棱镜对光束2的折射率。选填“>、<或=”）。 (2)光屏上的图样是 ；光屏上的图样是 。（填写下面提供的图样编号） 【答案】(1) < (2) B A 【详解】（1）[1]由几何关系 [2]由题图可知光束2偏折程度较大，故 （2）[1][2]因为，故，所以两束光通过相同宽度的狭缝时光束1衍射现象较明显，中间亮条纹较宽，光束2中间亮条纹较窄，故光屏上的图样是B，光屏上的图样是A。 【素养进阶·提升练】 1．（2025·安徽安庆·模拟预测）关于机械振动、机械波和光，下列说法正确的是（　　） A．机械波中除振源外的各质点均做受迫振动且各质点的振动周期相同 B．回音壁是北京天坛皇穹宇的围墙，回音壁的回音是由声音的折射形成的 C．有机械振动就有机械波，机械波中各质点的振幅一定与振源的振幅相同 D．泊松亮斑是干涉现象，阳光下肥皂膜上的彩色条纹是衍射现象 【答案】A 【详解】A．机械波中各质点由振源带动做受迫振动，受迫振动的周期等于振源周期，故各质点周期相同，A正确； B．回音壁的回音是声音在围墙表面多次反射形成的，属于反射而非折射，B错误； C．机械波的传播需要介质，仅有机械振动未必形成机械波，且介质中各质点的振幅可能因能量损耗或介质特性而异，不一定等于振源振幅，C错误； D．泊松亮斑是光的衍射现象，肥皂膜彩色条纹是薄膜干涉现象，D错误。 故选A。 2．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）日晕是一种大气光学现象。在一定的气象条件下，空气中的小水滴会变成六棱柱状的小冰晶，太阳光穿过小冰晶时发生折射，看上去在太阳的周围出现一个圆圈，这就是日晕，如图甲所示。如图乙所示是两单色光穿过六棱柱状冰晶某横截面的示意图，下列说法正确的是（　　） A．若光是黄光，则光可能是红光 B．光比光更容易发生明显的衍射现象 C．光在冰晶中的传播速度小于光的传播速度 D．用同一双缝干涉装置做实验，光的相邻亮条纹中心间距大于光的相邻亮条纹中心间距 【答案】D 【详解】AB．根据题图乙可知两光的入射角相等，光的折射角小于光的折射角，根据折射定律可知光的折射率大于光的折射率，即光的频率大于光的频率，光的波长小于光的波长，若光是黄光，则光一定不是红光，光比光更容易发生明显的衍射现象，故AB错误； C．根据，可知在冰晶中光的传播速度大于光的传播速度，故C错误； D．用同一双缝干涉装置做实验，根据，可知光的相邻亮条纹中心间距大于光的相邻亮条纹中心间距，故D正确。 故选D。 3．（2025·北京·高考真题）下列现象属于光的衍射的是（　　） A．雨后天空出现彩虹 B．通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹 C．肥皂膜在日光照射下呈现彩色 D．水中的气泡看上去特别明亮 【答案】B 【详解】A．雨后彩虹是阳光在雨滴中发生折射、反射和色散形成的，属于光的色散现象，故A不符合题意； B．通过狭缝观察日光灯出现彩色条纹，是光绕过狭缝边缘产生的衍射现象，故B符合题意； C．肥皂膜彩色条纹是光在薄膜前后表面反射后发生干涉形成的，属于薄膜干涉，故C不符合题意； D．水中气泡明亮是由于光从水进入气泡时发生全反射，使得更多光线进入人眼，故D不符合题意。 故选B。 4．（2025·江苏常州·模拟预测）为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如乙所示环状区域只有b光，中间小圆为复合光，以下说法中不正确的是（　　） A．通过同一较小障碍物时b光衍射现象较明显 B．a光的折射率大于b光 C．用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小 D．在水中a光波速大于b光 【答案】D 【详解】BD．做出光路图，如图所示 点光源S在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则知a光的临界角较小，根据可知，a光的折射率较大，由可知，a光在水中的传播速度比b光小，故B正确，与题意不符；D错误，与题意相符； AC．由上述分析可知a光波长短，通过同一较小障碍物时b光衍射现象较明显，由双缝干涉条纹间距公式，可知用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小，故AC正确，与题意不符。 本题选不正确的，故选D。 5．（2025·安徽合肥·模拟预测）（多选）甲、乙两种单色光分别经同一单缝得到的衍射图样如图甲、乙所示。图丙为一半圆柱形玻璃砖的截面图，是圆心，是法线，是足够长的光屏。甲光沿半径以入射角射向点，折射角为。下列说法正确的是（　　） A．甲光在玻璃砖中的折射率为 B．甲光在玻璃砖中的折射率大于乙光在玻璃砖中的折射率 C．若乙光沿半径以相同入射角射向点时，可能发生全反射 D．若玻璃砖绕点逆时针旋转，上可能接收不到甲光 【答案】CD 【详解】A．根据折射率的定义可知，甲光在玻璃砖中的折射率，故A错误； B．对于同一单缝的衍射现象，甲光衍射现象更明显，故甲光的波长更长，频率更小，频率越小，折射率越小，即在同一种介质中，甲光的折射率比乙光的折射率小，故B错误； C．根据 由于甲光的折射率比乙光的折射率小，则甲光的全反射临界角比乙光的大，乙光更容易发生全反射，故C正确； D．若玻璃砖绕O点逆时针旋转，则甲光的入射角i增大，当入射角i大于临界角时，PQ上将接收不到甲光，故D正确。 故选CD。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $