第四章 5 光的衍射（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（人教版）

该高中物理课件聚焦光的衍射，系统涵盖衍射现象、产生条件、三种衍射图样特点及与干涉的区别。通过“蜡烛照可调孔挡板”实验问题导入，从光的直线传播过渡到衍射，构建认知支架帮助学生衔接前后知识。 其亮点在于以实验探究为核心，结合科学思维中的对比分析，如单缝衍射与双缝干涉的表格对比、条纹特点例题解析等。既培养学生观察与推理能力，又为教师提供结构化教学资源，助力高效教学与学生深度学习。

光的衍射 5 第 四 章 1.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(重点)。 2.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(重难点)。 学习目标 内容索引 课时对点练 一、光的衍射 二、衍射光栅 < 一 > 光的衍射 蜡烛照到可调节孔大小的挡板上，将孔由大逐渐调小的过程中，光屏上依次会出现什么图样？为什么？ 答案　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； 当孔变得较小时，在屏上形成烛焰的倒像(小孔成像)； 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。 1.光的衍射：用单色平行光照射狭缝，当缝很 时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了 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 ，致使影的轮廓模糊不清，出现 的条纹。 说明：衍射条纹是由于来自不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果，所以说衍射中也存在干涉现象。 3.发生明显衍射现象的条件：障碍物或狭缝的尺寸足够小。 梳理与总结 相当宽 衍射 明暗相间 窄 4.三种衍射图样的特点 (1)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 ，两侧的亮条纹逐渐 ； ②波长一定时，单缝 (选填“宽”或“窄”)的中央亮条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长 (选填“大”或“小”)的中间条纹宽，条纹间距大。 最宽最亮 变暗变窄 窄 大 (2)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。如图所示。 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。 ②圆孔越小，波长越长，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 (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，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。衍射图样如图所示。 ②中央是亮斑(与圆孔衍射图样中心亮斑比较，泊松亮斑较小)，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。 1.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？ 思考与讨论 答案　不是。当狭缝或障碍物尺寸与光的波长相当或比波长还小时，会产生明显衍射现象，狭缝较宽时，仍发生衍射，只是不明显。 2.如果让白光分别通过狭缝或圆孔，那么形成的衍射图样各有什么特点？ 答案　白光通过狭缝时，衍射图样中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹；白光通过圆孔时，衍射图样中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色的同心圆环。 (1)红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹。(　　) (2)白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹。(　　) (3)光的衍射图样是光波相互叠加的结果。(　　) (4)只有单色光才能发生衍射。(　　) √ × √ × 易错辨析 　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装置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1 √ 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公式Δx＝λ，可知波长λ越大，Δx越大，故1是黄光的干涉图样，3是紫光的干涉图样。单缝衍射条纹的中间明亮且宽大，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。 单缝衍射与双缝干涉的比较 总结提升   单缝衍射 双缝干涉 图样     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 条纹宽度相等 总结提升   单缝衍射 双缝干涉 不同点 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，越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同 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 　(2024·太原市高二期末)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.丙图是科学家泊松在实验中首次观察到的泊松亮斑 D.丁图是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2 √ 白光的单缝衍射图样是彩色的直条纹，甲图是光经过大头针尖时的图样，选项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，选项B正确； 丙图是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，选项C错误； 丁图是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，选项D错误。 　(2024·湖北省云学名校联盟高二月考)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，当用紫光做实验时，图甲的条纹间距变小 C.不改变其他条件，当只减小缝的宽度时，图甲的条纹间距变大 D.不改变其他条件，当只减小缝的宽度时，图乙的中央条纹宽度变小 例3 √ 返回 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Δx＝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。 < 二 > 衍射光栅 1.定义 衍射光栅是由许多 的狭缝 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 ，亮度将 。 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 光栅。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成 光栅。 等宽 等距离 窄 增加 透射 反射 　(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.增加狭缝的个数，因衍射条纹的宽度将变宽，所以亮度将会增加 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 例4 √ √ 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，故C错误，A、D正确； 增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将会增加，B错误。 返回 < 三 > 课时对点练 题号 1 2 3 4 5 6 7 答案 AB D B AD B C CD 题号 8 9 10 11 12 答案 BD AC AD BCD C 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 考点一　光的衍射 1.(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是 A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后干涉的结果 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.影子的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 衍射条纹是光在通过狭缝间隙后相互叠加干涉的结果，A正确； 双缝干涉中光源通过每一个单一狭缝时都有衍射现象，B正确； 只有当缝隙的间距(或障碍物的尺寸)接近波长或者小于波长时才会发生明显的衍射现象，C错误； 光通过缝隙的时候，缝隙从大到小依次会出现影子、像以及衍射条纹，光学原理依次为光的直线传播、小孔成像和衍射，因此不矛盾，D错误。 12 2.(来自教科教材)下列现象中属于光的衍射现象的是 A.雨后天空美丽的彩虹 B.阳光下肥皂膜的彩色条纹 C.光通过三棱镜产生的彩色条纹 D.对着日光灯从两铅笔缝中看到的彩色条纹 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 雨后天空美丽的彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成的，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫作光的色散现象，A错误； 日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹属于光的干涉，故B错误； 一束白光通过三棱镜产生的彩色条纹属于光的折射现象，故C错误； 通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹，属于单缝衍射，故D正确。 12 3.某同学在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，使用激光器作光源，进行光的衍射实验，如图所示。则他在光屏上看到的条纹是下面图中的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 √ 根据衍射条纹的特点，光的衍射条纹与狭缝平行，且中间宽、两边窄、不等间距，故B正确，A、C、D错误。 4.(多选)(2024·晋中市高二期末)抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，观察激光束经过一根细丝后在光屏上所产生的条纹变化，即可判断细丝粗细的变化，则下列说法正确的是 A.这里应用的是光的衍射现象 B.如果屏上条纹变窄，表明抽制的丝变细 C.这里应用的是光的干涉现象 D.如果屏上条纹变窄，表明抽制的丝变粗 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 当障碍物的尺寸与波的波长相当，或小于波的波长，会发生明显的衍射，该装置的原理是运用光的衍射现象，如果屏上条纹变窄，则说明衍射现象不明显，可知纤维丝变粗，故选A、D。 5.(2024·北京交通大学附属中学高二期中)用如图甲所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图乙所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确 的是 A.此实验说明了光沿直线传播 B.圆孔变小，衍射图样的范围反而变大 C.圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大 D.用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 此实验说明了光的衍射现象，故A错误； 圆孔变小，衍射现象更明显，衍射图样的范围反而变大，故B正确； 圆孔变小，透光强度变小，中央亮斑和亮纹的亮度变弱，故C错误； 用不同波长的光做实验，衍射图样并不相同，因为波长越长，对同一圆孔而言，衍射现象越明显，故D错误。 12 考点二　衍射和干涉的比较 6.在白炽灯的照射下能从两块捏紧的玻璃板的表面看到彩色条纹，通过游标卡尺的狭缝观察发光的白炽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.前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象 D.前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 两块捏紧的玻璃板之间形成空气薄膜，在白光的照射下表面看到彩色条纹是光的干涉现象；通过游标卡尺的狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，是光的衍射现象。故选C。 7.(多选)(2024·福州市高二期末)某实验小组在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，得到四幅图样，下列有关说法正确的是 A.甲是单缝衍射图样 B.乙是双缝干涉图样 C.丙是小圆孔衍射图样 D.丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 √ √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 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，则甲是双缝干涉图样，乙是单缝衍射图样，故A、B错误； 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，亮度向外逐渐变亮，可知丙是小圆孔衍射图样，丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样，故C、D正确。 8.(多选)发生沙尘暴时能见度只有几十米甚至几米，天空变黄变暗是由于 A.波长较短的光才能到达地面 B.波长较长的光才能到达地面 C.频率较高的光才能到达地面 D.频率较低的光才能到达地面 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 √ 12 能力综合练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 发生沙尘暴时，当光的波长与沙尘颗粒的尺寸相当或明显大于沙尘颗粒的尺寸时，会发生明显衍射而到达地面，而根据c＝λf可知波长越长，频率越低，因此天空变黄变暗是由于波长较长、频率较低的光才能到达地面，故选B、D。 12 9.(多选)中国女科学家屠呦呦因发现青蒿素而获得2015年诺贝尔生理学或医学奖，屠呦呦也成为首位获得该奖的中国人。在研究青蒿素化学结构时，研究人员用X射线衍射的方法最终确定了其化学结构。X射线的波长比可见光的短，在做单缝衍射实验时，下列说法正确的是 A.将入射光由可见光换成X射线，衍射条纹间距变窄 B.使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄 C.换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽 D.增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变窄 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 将入射光由可见光换成X射线，波长变短，衍射条纹间距变窄，故A正确； 使单缝宽度变小，则衍射条纹间距变宽，故B错误； 换用波长较长的光照射，则衍射条纹间距变宽，故C正确； 增大单缝到屏的距离，则衍射条纹间距变宽，故D错误。 10.(多选)如图(a)所示是做双缝干涉实验的示意图。先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上、下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝。若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，红光波长大于蓝光波长，则 A.完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案， 且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹 B.完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案， 且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹 C.完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案， 且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹 D.完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 题图(b)中的条纹为等间距的明暗相间条纹，是干涉图样。题图(c)为中间最宽且不等间距的明暗相间条纹，是衍射条纹。操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)图案，由图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确； 操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上为题图(c)图案，再结合波长关系可知D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 11.(多选)小刚同学用光电传感器研究光的波动现象，实验装置如图甲所示，某次实验中，得到了如图乙所示的光照强度分布图，则下列说法正确的是 A.该同学观察到的是光的干涉图样 B.该同学观察到的是光的衍射图样 C.若仅减小单色光光源和中间缝屏的距离，则观察到的条纹的宽度将 不变 D.若换用光强度更大、频率更低的激光，则观察到的条纹的宽度将变大 √ 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12 由题图乙可知，条纹宽度中间宽、两边窄，是衍射图样，选项A错误，B正确； 单缝衍射形成的条纹间距与单缝宽度、缝到光屏的距离以及光的波长有关，故仅减小单色光光源和缝屏的距离，观察到条纹间距将不变，若单色光的频率降低，其波长增大，条纹宽度会变大，选项C、D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12.单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝与屏间距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、双缝与屏间距离的关系相同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图所示是实验的示意图，挡光片A固定，挡光片B放置在待测金属棒上端，A、B间形成平直的狭缝，单色光通过狭缝，在光屏上形成衍射图样，升高温度，金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变化。在单色光 尖子生选练 12 波长已知的情况下，通过测量缝与屏间距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及其变化，进而计算出金属的线膨胀系数。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 下列说法正确的是 A.温度不变的情况下，单色光的波长越短，中央亮条纹 宽度越宽 B.相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹宽 度越窄 C.相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大 D.其他实验条件相同，狭缝到光屏的距离越大，测得金属的线膨胀系数越大 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 返回 12 温度不变的情况下，单色光的波长越短，衍射现象越不明显，中央亮条纹宽度越窄，A错误； 相同实验条件下，金属的膨胀量越大，即狭缝越窄，衍射现象越明显，中央亮条纹宽度越宽，B错误； 相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，则狭缝越窄，说明金属膨胀量越大，C正确； 金属的线膨胀系数取决于金属材料本身，与狭缝到光屏的距离无关，D错误。 本课结束 第 四 章 $