5.3 光的衍射（重难点专练）物理鲁科版选择性必修第一册

**基本信息** 聚焦衍射现象与光栅两大核心题型，以“条件-现象-应用”逻辑链整合概念原理与题型精练，突出科学思维中的模型建构与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |衍射现象|4题（含多选中干涉衍射区分、条纹颜色判断等）|明显衍射条件（尺寸与波长关系）、波长对衍射的影响、干涉与衍射图样辨析|从衍射本质理解（光的波动性）到实验现象分析，建立“条件-现象-结论”推导链条| |衍射光栅|4题（含光栅构成判断、光栅常数选择、计算题等）|光栅构成要素、狭缝个数对条纹的影响（变窄变亮）、光栅方程应用|从单缝衍射局限性引入光栅，构建“问题-改进-应用”的技术逻辑，衔接波动光学实际应用|

第3节 光的衍射（题型突破） 题型01 衍射现象 题型02 衍射光栅 ▌题型01 衍射现象 1.光的衍射 发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。 2.对光的衍射的理解 (1)波长越长，衍射现象越明显。光在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。 (2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。 1.(多选)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(　　) A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射 B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大 C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大 D.照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹 2.如图所示的4种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器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(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列，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 3.(多选)如图甲所示，等腰△ABC为一棱镜的横截面，AB＝AC;一平行于BC边的细光束从AB边射入棱镜，在BC边经过一次反射后从AC边射出，出射光分成了不同颜色的Ⅰ、Ⅱ两束光。图乙是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样，下列说法正确的是(　　) A.Ⅰ光的波长比Ⅱ光的长 B.Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的小 C.图乙中a是Ⅱ光的干涉图样 D.图乙中c是Ⅰ光的衍射图样 4.(多选)登山运动员在登雪山时要注意预防紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。设计师利用薄膜干涉的原理在眼镜的表面涂上“增反膜”，增强反射以减少透射光的能量，于是就设计出了一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。已知选用的“增反膜”材料的折射率为，真空中的光速为c，紫外线在真空中的频率为f，下列说法正确的是(　　) A.紫外线进入“增反膜”后的频率为 B.紫外线进入“增反膜”后的波长为 C.从“增反膜”前后两个表面反射的光的光程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的 D.“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的 ▌题型02 衍射光栅 1.衍射光栅 (1)构成:由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。 (2)增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度会变窄，亮度增加。 (3)种类:透射光栅和反射光栅。 1.（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 2.用光栅光谱仪观测红外光谱，波长范围为4~8μm，现有光栅常数不同的四块光栅供选择，应选用(　　) A.1000条/mm B.500条/mm C.300条/mm D.100条/mm 3.单缝衍射的条纹比较_____，而且距离中央亮条纹较远的条纹，亮度也很____。因此，无论从测量的精确度，还是从可分辨的程度上说，单缝衍射都不能达到实用要求。 实验表明，如果增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变____，亮度将_____。光学仪器中用的衍射光栅就是据此制成的。它是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。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。 4.如图所示为某种测量液体折射率装置的俯视图，该实验装置外侧是边长为L的正方体，过正方体中心O、垂直上下两面放置—衍射光栅，激光束垂直光栅平面打到O点，未加入液体时，零级衍射光束打在后壁上的点，一级衍射光束打到a点；加入液体后，一级衍射光束打到b点．已知，，衍射光栅一级衍射光束满足，其中d为光栅常数，i为衍射角（衍射光束与原光束传播方向的夹角），为光的波长，光在真空中的速度为c，求： （1）液体对激光的折射率； （2）加入液体后，光从发出到打到b点所需的时间。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 光的衍射（题型突破） 题型01 衍射现象 题型02 衍射光栅 ▌题型01 衍射现象 1.光的衍射 发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。 2.对光的衍射的理解 (1)波长越长，衍射现象越明显。光在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。 (2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。 1.(多选)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(　　) A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射 B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大 C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大 D.照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹 答案　ACD 解析　题图乙中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确;狭缝越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误;根据条纹间距公式Δxλ可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确;照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。 2.如图所示的4种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器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(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列，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　B 解析　双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹。相邻亮条纹间距Δx＝λ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应红光和蓝光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应紫光和黄光。综上所述，1、2、3、4四幅图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，故选B。 3.(多选)如图甲所示，等腰△ABC为一棱镜的横截面，AB＝AC;一平行于BC边的细光束从AB边射入棱镜，在BC边经过一次反射后从AC边射出，出射光分成了不同颜色的Ⅰ、Ⅱ两束光。图乙是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样，下列说法正确的是(　　) A.Ⅰ光的波长比Ⅱ光的长 B.Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的小 C.图乙中a是Ⅱ光的干涉图样 D.图乙中c是Ⅰ光的衍射图样 答案　AD 解析　由折射定律可得，Ⅱ光的折射角小，折射率大，所以Ⅱ光的频率大，波长短，故A正确;由n得，Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的大，故B错误;干涉条纹间距与波长成正比，Ⅱ光的波长短，题图乙中a是Ⅰ光的干涉图样，故C错误;衍射图样中央亮条纹宽度与波长成正比，题图乙中c是Ⅰ光的衍射图样，故D正确。 4.(多选)登山运动员在登雪山时要注意预防紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。设计师利用薄膜干涉的原理在眼镜的表面涂上“增反膜”，增强反射以减少透射光的能量，于是就设计出了一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。已知选用的“增反膜”材料的折射率为，真空中的光速为c，紫外线在真空中的频率为f，下列说法正确的是(　　) A.紫外线进入“增反膜”后的频率为 B.紫外线进入“增反膜”后的波长为 C.从“增反膜”前后两个表面反射的光的光程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的 D.“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的 答案　BD 解析　紫外线进入“增反膜”后频率不变，选项A错误；紫外线进入“增反膜”后的速度v＝，结合波长、波速和频率的关系可知，紫外线进入“增反膜”后的波长λ＝，选项B正确；为使从“增反膜”前后两个表面反射的光叠加后加强，两束反射光的光程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的整数倍，选项C错误；两束反射光的光程差等于“增反膜”厚度的两倍，同时为了节省材料，故“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的，选项D正确。 ▌题型02 衍射光栅 1.衍射光栅 (1)构成:由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。 (2)增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度会变窄，亮度增加。 (3)种类:透射光栅和反射光栅。 1.（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 解析　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。 2.用光栅光谱仪观测红外光谱，波长范围为4~8μm，现有光栅常数不同的四块光栅供选择，应选用(　　) A.1000条/mm B.500条/mm C.300条/mm D.100条/mm 答案　D 解析　用光栅光谱仪观测红外光谱，为了避免明显衍射现象，要求光栅的尺寸大于红外线的波长，即 选项中的光栅尺寸分别为 故选D。 3.单缝衍射的条纹比较_____，而且距离中央亮条纹较远的条纹，亮度也很____。因此，无论从测量的精确度，还是从可分辨的程度上说，单缝衍射都不能达到实用要求。 实验表明，如果增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变____，亮度将_____。光学仪器中用的衍射光栅就是据此制成的。它是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。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。 答案　宽 低 窄 增加 透射 反射 解析　[1][2]单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央亮条纹较远的条纹，亮度也很低。 [3][4]实验表明，如果增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。 [5]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，这样就做成了透射光栅。 [6]如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。 4.如图所示为某种测量液体折射率装置的俯视图，该实验装置外侧是边长为L的正方体，过正方体中心O、垂直上下两面放置—衍射光栅，激光束垂直光栅平面打到O点，未加入液体时，零级衍射光束打在后壁上的点，一级衍射光束打到a点；加入液体后，一级衍射光束打到b点．已知，，衍射光栅一级衍射光束满足，其中d为光栅常数，i为衍射角（衍射光束与原光束传播方向的夹角），为光的波长，光在真空中的速度为c，求： （1）液体对激光的折射率； （2）加入液体后，光从发出到打到b点所需的时间。 答案　（1）；（2） 解析　（1）未加入液体前，一级衍射光束衍射角正弦值为 加入液体后，一级衍射光束衍射角的正弦值为 解得液体对激光的折射率为 （2）加入液体后，光从发出到打到b点通过的路程为 光在液体中的传播速度 光从发出到打到b点所需时间 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $