第4.5节 光的衍射（高效培优·讲义）物理人教版选择性必修第一册

第4.5节 光的衍射 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 光的衍射 考点02 衍射光栅 03 避坑指南·解题通法 角度01 单缝衍射和小孔衍射图样 角度02 泊松亮斑 角度03 衍射光栅 角度04 衍射条件 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.知道光的衍射现象以及发生明显衍射的条件。 2.认识单缝衍射、圆孔衍射条纹的特点。 3.区分干涉条纹与衍射条纹的异同。 4.了解衍射在生活当中的一些现象。 1.记住明显衍射条件：障碍物尺寸跟光的波长相近或者更小。 2.对比记忆干涉（等宽）和衍射（中间宽两侧窄）条纹差异。 3.结合光路定性分析衍射，不必深挖复杂计算。 4.联系小孔、狭缝实例理解衍射现象。 知识导图 考点01 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。 5、衍射与干涉的比较 两种现象比较项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 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 各相邻条纹等间距 亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等 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 （1）白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同． （2）区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分． 6、干涉与衍射的本质：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理；在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。 【深化点拨】 1．光的衍射条件：光发生衍射是不需要条件的，衍射是光的波动性的表现，任何光都能发生衍射现象。但光发生明显衍射是有条件的：只有当障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至比光波波长还小时，出现明显的衍射现象。 2．对光的衍射的理解 （1）干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显。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。 （3）常见的衍射现象有单缝衍射，圆孔衍射和泊松亮斑等，充分的说明光能发生衍射现象，它们是光的波动性的有力证明。 1．关于光的衍射，下列说法正确的是（　　） A．只有波长长的光才能发生衍射现象 B．当障碍物或小孔的尺寸与光的波长相近，甚至比波长更小时，才会发生明显衍射现象 C．单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的等间距的条纹 D．光照到较大圆孔上时，屏上出现大光斑，不存在光的衍射 【答案】B 【详解】AB．衍射现象不论波长与障碍物或小孔的尺寸如何，都会发生，只是当光的波长与障碍物的尺寸相近时或者遇到小于该光波长的障碍物时，才会发生明显的衍射现象，故A错误，B正确； C．单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的不等间距的条纹，故C错误； D．屏上大光斑的边线很模糊，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。 2．（多选）将双缝换成单缝，能使单缝衍射中央亮纹宽度增大的操作有（　　） A．减小缝宽 B．使单缝靠近传感器 C．增大缝宽 D．使单缝远离传感器 【答案】AD 【详解】将双缝换成单缝，则会发生单缝衍射现象，根据单缝衍射规律，减小缝的宽度、增加单缝到光屏的距离可以增大中央亮纹宽度。 故选AD。 3．将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光发生______现象造成的，当铅笔间狭缝变窄时，彩色条纹区域将______（选填“增大”或“减小”）。 【答案】 衍射 增大 【详解】[1]通过两支铅笔中间的缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，说明光绕过缝而到人的眼睛中，所以这是由于光发生衍射现象造成的； [2]由发生明显衍射条件可知，当缝的宽度与光波的波长接近或比光波的波长小得多时能发生明显衍射现象，即当铅笔间狭缝变窄时，衍射现象更明显，彩色条纹区域将增大。 考点02 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。 【深化点拨】 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。 4．波长=550nm（1nm=10−9m）的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10-4cm的平面衍射光栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为（　　） A．2 B．3 C．4 D．5 【答案】B 【详解】根据光栅公式 由题可得，当时，k有最大值为 则可能观察到的光谱线的最大级次为3。 故选B。 5．（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。 光的衍射的综合应用及解题步骤 1.光的衍射现象与发生条件 （1）衍射是波特有的现象，指光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象。 明显衍射的条件：只有当障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多，或者比光的波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。 （2）普遍性：一切光都能发生衍射，只是当障碍物尺寸远大于波长时，衍射现象不明显，光近似沿直线传播。 2.单缝衍射与圆孔衍射图样 （1）单缝衍射： 单色光：中央是宽且亮的条纹，两侧是明暗相间、亮度迅速衰减的条纹（不等间距）。 白光：中央是白色亮条纹，两侧是彩色条纹（内紫外红）。 （2）圆孔衍射： 单色光：中央是圆形亮斑（艾里斑），周围是明暗相间的同心圆环。 小孔成像vs衍射：孔较大时成倒立实像（直线传播）；孔很小时出现衍射圆环。 3.泊松亮斑（圆盘衍射） （1）现象：当光照到不透明的小圆盘上时，在圆盘阴影的中心会出现一个亮斑。 （2）成因：光波绕过圆盘边缘，在阴影中心处发生（相长干涉/振动加强）。 （3）图样特征：中心是亮斑，周围有明暗相间的圆环，且阴影边缘模糊不清。 4.衍射光栅 （1）构造：由大量等宽、等间距的平行狭缝（或刻痕）构成。 （2）特点：与单缝衍射相比，光栅衍射产生的亮条纹更窄、更亮，且分得更开。 （3）应用：常用于高精度的光谱分析，能分辨出波长非常接近的光谱线。 角度01 单缝衍射和小孔衍射图样 1．如图甲，让激光束通过一个单缝，观察到光屏上出现如图乙的单色条纹。若要出现如图丙的图样，应（     ） A．将单缝换为双缝 B．减小单缝的宽度 C．增大激光器到单缝的距离 D．换波长更长的激光 【答案】A 【详解】A．图丙中亮暗条纹等间距分布，是单色光的双缝干涉图样。将单缝换为双缝可以得到图丙所示图样，故A正确； BCD．保持单缝时，减小单缝宽度或换用波长更长的激光，都会使单缝衍射条纹变宽；增大激光器到单缝的距离不改变衍射条纹的分布特征。三种操作得到的仍是中央亮条纹比两侧亮条纹宽的不等间距衍射条纹，均不能得到图丙所示的等间距条纹，故BCD错误。 故选A。 2．下图是我们现实生活、生产和科研中遇到的现象。下列说法中错误的是（     ） A．图甲中医用纤维式内窥镜，光信号在光导纤维中发生全反射，则光导纤维内芯是光疏介质，外套是光密介质 B．图乙中肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹，这是光的干涉现象 C．图丙中单色光通过狭缝可以在光屏上呈现条纹状图样，这是光的衍射现象 D．图丁表示声源远离观察者时，观察者接收到的声音频率减小 【答案】A 【详解】A．光导纤维利用全反射传输光信号，全反射要求光从光密介质射向光疏介质，所以光导纤维内芯应为光密介质，外套应为光疏介质，题述说反了，故A错误； B．肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹，是薄膜前后表面反射光叠加形成的光的干涉现象，故B正确； C．单色光通过狭缝后在光屏上呈现条纹状图样，是光绕过障碍物或通过小孔、狭缝后偏离直线传播的衍射现象，故C正确； D．声源远离观察者时，观察者接收到的声波频率减小，这是多普勒效应，故D正确。 本题选说法错误的，故选A。 3．（多选）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（     ） A．若、光分别照射同一玻璃，光的折射率大 B．若、光分别照射同一玻璃，光在玻璃中的传播速度小 C．若、光分别照射同一小孔发生衍射，光的衍射现象更明显 D．若、光分别作为同一双缝干涉装置的光源时，光的干涉条纹间距大 【答案】AB 【详解】A．由电磁波谱可知，光、光均在可见光区，光的频率小于光的频率，光的波长大于光的波长。同种介质对频率越高的光折射率越大，光的频率高，光的折射率大，A正确； B．由知，折射率越大，光在介质中的传播速度越小，光在玻璃中的传播速度小，B正确； C．波长越长的光越容易发生明显的衍射现象，光的波长长，光的衍射现象更明显，C错误； D．双缝干涉相邻亮条纹的间距为，光的波长长，光的干涉条纹间距大，D错误。 故选AB。 4．（多选）用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验比用普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，若将感光元件置于光屏上，不仅能在光屏上看到条纹，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．当做单缝实验时，光强分布图如乙图所示 B．当做单缝实验时，光强分布图如丙图所示 C．当做双缝实验时，光强分布图如乙图所示 D．换用太阳光做单缝实验，光屏上会出现彩色的不等宽的条纹 【答案】AD 【详解】ABC．单缝衍射图样的中央亮条纹最宽、最亮，两侧亮条纹对称分布且强度迅速减弱，因此图乙是单缝衍射的光强分布；双缝干涉的亮条纹等间距，光强随位置呈周期性变化，因此图丙是双缝干涉的光强分布，故A正确，BC错误。 D．太阳光由多种波长的可见光组成，不同波长的光通过单缝后衍射程度不同，除中央白色亮条纹外，两侧会出现彩色且宽度不同的条纹，故D正确。 故选AD。 5．“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中，某同学对实验装置进行调节并观察实验现象。实验中观察到的干涉图样是下图中的________填“甲”或“乙图样；若仅更换一间距更大的双缝，干涉条纹间距将________填“增大”“减小”或“不变。 【答案】 甲 减小 【详解】[1]双缝干涉实验中，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹，甲图样条纹等间距，是双缝干涉条纹；乙图样条纹间距不均匀，是衍射条纹。所以实验中观察到的干涉图样是甲图样； [2]根据双缝干涉条纹间距公式为条纹间距，L为双缝到光屏的距离，为光的波长，d为双缝间距 当仅更换一间距更大的双缝，即 d增大， L和不变时，由公式可知将减小，即干涉条纹间距将减小。 角度02 泊松亮斑 6．著名的泊松亮斑是下列图中的（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】泊松亮斑是光照射不透明圆盘时，在圆盘阴影中心出现的一个亮斑，它是光的衍射现象的有力证据。对应的图样特征是：中心有一个亮斑，周围是明暗相间的圆形衍射条纹，且亮斑位于几何阴影的中央。 故选B。 7．分析下列物理现象：①泊松亮斑；②彩超测出反射波频率的变化，从而知道血液流速；③阳光下肥皂膜看起来是彩色的。①、②、③分别属于（　　） A．光的衍射现象、多普勒效应、光的干涉现象 B．光的干涉现象、多普勒效应、光的衍射现象 C．光的干涉现象、光的偏振现象、光的衍射现象 D．光的衍射现象、光的偏振现象、光的干涉现象 【答案】A 【详解】①泊松亮斑是光照射到不透光小圆板时，光绕过障碍物在阴影中心形成亮斑，属于光的衍射现象； ②彩超利用波源与观察者存在相对运动时接收频率发生变化的多普勒效应，通过反射波的频率变化计算血液流速，属于多普勒效应； ③阳光下肥皂膜的彩色是肥皂膜前后表面反射的两列光发生干涉，不同色光的干涉加强位置不同从而呈现彩色，属于光的干涉现象。 A．三个现象对应原理完全正确，故A正确； B．①是光的衍射现象不是干涉现象，③是光的干涉现象不是衍射现象，故B错误； C．①是光的衍射现象不是干涉现象，②是多普勒效应不是光的偏振现象，③是光的干涉现象不是衍射现象，故C错误； D．②是多普勒效应不是光的偏振现象，故D错误。 故选A。 8．（多选）关于下列四幅图的描述正确的是（     ） A．图1是一束单色光进入平行玻璃砖，随入射角的不断增大，在面会发生全反射 B．图2中的泊松亮斑，为光照射小圆盘得到的衍射图样 C．图3中，若仅增大光屏与双缝间的距离，条纹间距将变小 D．图4中，当光照射双手时在墙上出现影子，是光沿直线传播的结果，而影子轮廓模糊是由于光的衍射造成的 【答案】BD 【详解】A．图1是一束单色光进入平行玻璃砖，因光线在上表面的折射角等于在下表面的入射角，可知随入射角的不断增大，光线不会在面发生全反射，A错误； B．图2中的泊松亮斑，为光照射小圆盘得到的衍射图样，B正确； C．图3中，根据条纹间距表达式，若仅增大光屏与双缝间的距离，条纹间距将变大，C错误； D．图4中，当光照射双手时在墙上出现影子，是光沿直线传播的结果，而影子轮廓模糊是由于光离开直线传播的路径发生了衍射造成的，D正确。 故选BD。 9．如图所示，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后面屏上的阴影中心出现了一个亮斑，被称为泊松亮斑，这是光的_______现象，这一实验有力地支持了光的_________说。 【答案】 衍射 波动 【详解】[1]当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后面屏上的阴影中心出现了一个亮斑，被称为泊松亮斑，光偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播，这是光的衍射现象。 [2]衍射现象是波特有的现象，这一实验有力地支持了光的波动说。 角度03 衍射光栅 10．某同学在学习光学时，对神奇的光现象产生了兴趣，但对光现象的理解有一项是错误的，请帮他指出（　　） A．可以利用X射线衍射探测晶体的结构 B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加增透膜 C．光纤通信及医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理 D．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的干涉现象 【答案】B 【详解】A．构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图谱反映出来，故可以利用X射线衍射探测晶体的结构，故A正确，不符题意； B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，玻璃有反光，所以往往在镜头前加一个偏振片以削弱反射光的干扰，使照片清晰，即在镜头前加偏振片，故B错误，符合题意； C．光纤通信及医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理，故C正确，不符题意； D．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的薄膜干涉现象，故D正确，不符题意。 故选B。 11．（多选）下列说法正确的是（　　） A．增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变窄 B．增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变宽 C．增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变暗 D．增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变亮 【答案】AD 【详解】光栅衍射中，亮条纹的宽度和亮度与狭缝数量密切相关。 AB．条纹宽度：主极大的半角宽度，当增加时，条纹变窄，故A正确，B错误。 CD．条纹亮度：总光强与成正比（多缝干涉振幅叠加），增加时亮度显著增强，故D正确，C错误。 故选AD。 12．光栅由许多____的狭缝构成的，两透光狭缝间距称为_____，当入射光垂直入射到光栅上时，衍射角k，衍射级次K满足的关系式是____，用此式可通过实验测定____和____。 【答案】 等间距 光栅常数 光的波长 光栅常数 【详解】[1]由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅； [2]光栅常数是光栅两刻线之间的距离，即两透光狭缝间距； [3][4][5]当入射光垂直入射到光栅上时，衍射角k，衍射级次K满足 其中是光栅常数，为光的波长，则可通过此式测定光的波长与光栅常数。 角度04 衍射条件 13．让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现（　　） A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的黑白色条纹，直至条纹消失 D．由大变小的三角形光斑，小圆形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 【答案】D 【详解】当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑；之后随着小孔的继续缩小，出现小孔成像现象，成的是太阳的像，故为小圆形光斑；随着小孔的进一步缩小，当尺寸与光的波长相当时，出现了明暗相间的衍射条纹；最后随小孔的闭合而全部消失。 故选D。 14．关于衍射，下列说法正确的是（　　） A．衍射现象中条纹的出现是光叠加的结果，所以衍射条纹与干涉条纹一样 B．双缝干涉中也存在衍射现象 C．一切波都很容易发生明显的衍射现象 D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 【答案】B 【详解】A．衍射条纹和干涉条纹本质上都是光波叠加的结果，衍射是同一波阵面上无数子波叠加的相干，而干涉通常是有限个相干光源的叠加。衍射条纹的特征是中央明纹宽且明亮，两侧明纹宽度和亮度逐渐减小；而双缝干涉条纹是等宽等亮的。因此不能说它们完全一样，故A错误； B．在双缝干涉实验中，光通过两条狭缝时，每条缝本身都会发生单缝衍射，使得从每条缝射出的光能覆盖更广的区域，从而让两束光能够相遇并叠加。实际的干涉条纹实际上是单缝衍射调制下的双缝干涉图样。因此，双缝干涉中确实包含了衍射的因素，故B正确； C．衍射是波绕过障碍物或通过小孔继续传播的现象。发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相近或更小，故C错误； D．影是光沿直线传播遇到不透明物体时，在物体后方形成的黑暗区域。衍射是光遇到障碍物时偏离直线传播的现象。两者都是波在特定条件下的表现，并不矛盾，故D错误。 故选B。 15．（多选）用同一双缝干涉实验装置做甲、乙两种光的双缝干涉实验，获得的双缝干涉条纹分别如图甲、乙所示，下列说法正确的是（   ） A．甲光的波长比乙光的波长小 B．对同一种介质，甲光的折射率小于乙光的折射率 C．从同种介质射向空气，甲光发生全反射的临界角小于乙光的临界角 D．遇到同一障碍物，甲光比乙光更容易发生明显的衍射现象 【答案】BD 【详解】A．根据干涉条纹间距公式 可知甲、乙的L和d均相等，甲光的条纹间距大于乙光，则甲的波长长，故A错误； B．甲、乙相比，甲光的波长长，折射率小，故B正确； C．根据全反射临界角公式 甲光的折射率小，故甲光发生全反射的临界角更大，故C错误； D．障碍物的尺寸与波长相当或者更小时，更容易发生衍射，因为甲的波长长，所以甲光更容易发生明显的衍射现象，故D正确。 故选BD。 16．（多选）图甲是双缝干涉示意图，、是两个相互平行的狭缝，a、b两种不同颜色的单色光通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样分别如图乙、丙所示。下列说法正确的是（    ） A．通过同一单缝，b光比a光能发生更明显的衍射 B．b光的频率比a光的频率大 C．若只增大挡板与屏间的距离l，两种单色光相邻亮条纹间的距离都将增大 D．若只减小挡板上两个狭缝间距d，两种单色光相邻亮条纹间的距离都将减小 【答案】AC 【详解】A．双缝干涉相邻亮条纹间距公式为 由图可知光的更小，因此可得 波长越长越容易发生明显衍射，光波长更长，因此同一单缝下光衍射更明显，故A正确； B．结合得，故B错误； C．根据，只增大，增大，两种光的相邻亮纹间距都增大，故C正确； D．由之前分析，只减小双缝间距，增大，故D错误。 故选AC。 17．光刻机是制作芯片的核心装置，主要功能是利用光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示，DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为193nm。为提高投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率，则与没加入液体相比，深紫外线进入液体后传播速度_____________（填“变大”“变小”或“不变”），深紫外线在液体中_____________发生明显衍射（填“更容易”或“更不容易”）。 【答案】 变小 更不容易 【详解】[1]深紫外线在空气中的传播速度大于在液体里的传播速度，则与没加入液体相比，深紫外线进入液体后传播速度变小； [2]根据 可知，深紫外线在液体中的波长变小，则更不容易发生明显衍射。 【例1】（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。 【深化点拨】 （1）考查光的衍射的概念，理解衍射是光绕过狭缝、障碍物边缘传播的现象，记住单缝衍射的典型实例。 （2）辨析光的干涉现象，薄膜干涉的成因是薄膜两个表面的反射光叠加，肥皂膜彩色就是典型例子。 （3）考查光的全反射现象，掌握全反射的发生场景，能够区分水中气泡发亮这类全反射实例。 （4）区分光的折射色散，彩虹属于光在介质里折射、反射形成的色散，不要和衍射、干涉混淆。 【变式1-1】亚克力玻璃棒的透光率高达92%，优于普通玻璃，能呈现水晶般纯净的视觉效果，尤其在光线折射下可营造梦幻氛围。如图所示，某同学用一束白光射入，经过两次折射和一次反射后在光屏上形成光带PQ，下列说法正确的是（　　） A．在同一介质中，P光的折射率更小 B．在同一介质表面，Q光的全反射角更小 C．在该玻璃棒中，P光的传播时间更长 D．若在同一装置上做单缝衍射实验，则P光呈现的中央亮条纹间距更大 【答案】C 【详解】A．由光路图可知，白光射入玻璃棒时，光的偏折程度比光大，根据折射定律可知，在同一介质中，光的折射率更大，即，故A错误； B．根据全反射临界角公式，因为，所以光的临界角小于光的临界角，即光的全反射角更大，故B错误； C．设玻璃棒横截面半径为，入射角为，折射角为，由折射定律 ，光在介质中总路程 ，介质中光速 推导得传播时间 越大，时间越长；P光折射率更大，因此P光在玻璃棒中传播时间更长，故C正确； D．折射率越大，光的频率越大，波长越小，因此 。单缝衍射中，波长越长，中央亮条纹间距越大，因此Q光的中央亮条纹间距更大，P光更小，故D错误。 故选C。 【变式1-2】光的干涉技术可应用于远距离遥感成像、空间碎片探测与光学精密检测。下列现象中，属于光的干涉的是（     ） A．阳光下肥皂泡呈现彩色花纹 B．水中的气泡看起来特别明亮 C．夏天海面上出现的海市蜃楼 D．通过平行狭缝观察日光灯出现彩色条纹 【答案】A 【详解】A．肥皂泡薄膜前、后两个表面的反射光叠加，不同波长的光在不同位置加强或减弱，形成彩色花纹，属于薄膜干涉，故A正确； B．水中气泡看起来特别明亮，是光在水与气泡的交界面处发生全反射形成的，不属于光的干涉，故B错误； C．海面附近空气密度不均匀，光在其中传播时发生连续折射，某些情况下还会发生全反射，从而形成海市蜃楼，不属于光的干涉，故C错误； D．日光灯发出的光通过狭缝后形成彩色条纹，属于单缝衍射，不属于光的干涉，故D错误。 故选A。 【变式1-3】（多选）如图甲所示，在平静的水面下深处有一个点光源，它发出的两种不同颜色的光和光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为光的颜色（见图乙）。以下说法正确的是（     ） A．在真空中，光的波长比光大 B．若分别用两种光在同一双缝干涉实验装置上做实验，光产生的干涉条纹间距大于光产生的干涉条纹间距 C．若光源匀速向下运动，水面上看到的两个圆形边界的半径变大的速度相同 D．分别用两种光照射同一狭缝，若都能发生衍射，则的中央亮纹比的中央亮纹宽 【答案】ABD 【详解】A．光的发光圆形半径更大，说明光的全反射临界角 根据全反射临界角公式 可得折射率关系 光的折射率越小，频率越小，真空中波长，因此，故A正确； B．双缝干涉条纹间距公式为，间距与波长成正比，光波长大，因此干涉条纹间距更大，故B正确； C．由几何关系，出射圆半径 光源匀速向下运动时 得 半径增大速度 由于、临界角不同，不同，因此半径增大速度不同，故C错误； D．单缝衍射中，波长越长，衍射效应越明显，中央亮纹越宽。光波长更长，因此光的中央亮纹更宽，故D正确。 故选ABD。 ⚡基础速刷 1．下列现象中，属于光的干涉现象的是（    ） A．海市蜃楼 B．雨后天空出现彩虹 C．太阳光照射马路积水油膜，油膜表面出现的彩色条纹 D．通过一个狭缝观察日光灯，可在狭缝后方的屏幕上看到彩色条纹 【答案】C 【详解】A．海市蜃楼是由于大气密度不均匀导致的光的折射和全反射现象，与干涉无关，故A错误； B．雨后天空出现彩虹是光的色散现象，由水滴对光的折射和反射引起，不属于干涉，故B错误； C．太阳光照射马路积水油膜，油膜表面出现的彩色条纹是光在油膜上下表面反射后发生薄膜干涉形成的，属于光的干涉现象，故C正确； D．通过一个狭缝观察日光灯看到的彩色条纹是光的单缝衍射现象，由光波绕过障碍物产生，不属于干涉，故D错误。 故选C。 2．某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽为0.05mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的图样是（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．图样为同心圆环，这是圆孔衍射或圆对称衍射图样，不符合单缝衍射特点，故A错误； B．该图样中央亮条纹较宽、两侧亮条纹较窄，符合单缝衍射特点，故B正确； C．图样为宽度和间距基本相等的明暗条纹，更接近双缝干涉条纹，不符合单缝衍射中央亮纹最宽的特点，故C错误； D．挡板的窄缝是横着开的，生成的衍射条纹图样应该与窄缝平行，故D错误。 故选B。 3．（多选）《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：  “虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。如图是彩虹成因的简化示意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，ab是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是（　　） A．b光的频率小于 a光的频率。 B．水滴对a光的临界角小于对 b光的临界角 C．在同种介质中，a光传播速度大于b光传播速度 D．a光和b光照射相同的单缝，发生衍射现象，b光的中央亮条纹更宽 【答案】ABD 【详解】A．从光路图可知a光的偏折程度大于b光偏折程度，说明水滴对a光的折射率大于水滴对b光的折射率，因此a光频率大于b光频率，故A正确； B．因为，根据可知，水滴对a光的临界角小于对 b光的临界角，故B正确； C．因为，根据可知，在同种介质中，a光传播速度小于b光传播速度，故C错误； D．因为a光频率大于b光频率，所以a光波长小于b光波长，因此a光和b光照射相同的单缝，发生衍射现象，b光的中央亮条纹更宽，故D正确。 故选ABD。 4．（多选）用两支铅笔夹成一条狭缝，将眼睛紧贴狭缝且让狭缝与日光灯管平行，下列说法正确的是（    ） A．会观察到彩色线状条纹 B．会观察到彩色环状条纹 C．条纹的产生是由于光的衍射 D．条纹的产生是由于光的折射 【答案】AC 【详解】狭缝与日光灯管平行时，发生单缝衍射，观察到的是彩色线状条纹，而非彩色环状条纹，与光的折射无关。 故选AC。 5．2024年12月30日，哈工大科研团队取得重大突破，获得EUV光刻机所需的波长为的极紫外光源，用极紫外光曝光来制造芯片，可以提高光刻机的光刻精度。如图为EUV光刻机的简化原理图，在投影物镜和光刻胶之间填充了折射率为1.5的浸没液体，则极紫外光在该液体中的波长为___________nm，比在空气中更___________（填“容易”或“不容易”）发生明显的衍射。 【答案】 9 不容易 【详解】[1]极紫外光在该液体中的波长为 [2]光的波长越长，越容易发生明显衍射，极紫外光在该液体中的波长比在空气中短，比在空气中更不容易发生明显的衍射。 🚀能力跃升 6．如图甲，某同学将平面镜倾斜浸于水中，太阳光（可视为平行光）经水面折射和平面镜反射在光屏上形成了彩色条纹。为解释该现象，他将光路图简化图所示，、为太阳光最终折射出水面的其中两束单色光。不考虑容器对光线的反射，下列说法正确的是（　　） A．水对光的折射率大于水对光的折射率 B．光在水中的传播速度小于光在水中的传播速度 C．若用同一单缝衍射装置进行实验，光的中央亮纹更宽 D．若用同一双缝干涉装置进行实验，光产生的干涉条纹间距比光小 【答案】C 【详解】A．如图所示，设太阳光在水面的入射点为，、光线在水面的折射点分别为、，分别作、关于平面镜的对称点、，连接、，分别交平面镜于、，即、分别为、光线在平面镜上的入射光线，、分别为、光线在平面镜上的反射光线。设太阳光在点的入射角为，、与法线的夹角（即折射角）分别为、，根据折射率公式 因为，所以，故A错误； B．光在介质中的传播速度 由可知、光水中的传播速度满足，故B错误； C．射率越大，光的频率越高，波长越短。因为 ，所以光的频率小于光，光的波长大于光（）。在单缝衍射实验中，中央亮纹的宽度与波长成正比，波长越长，中央亮纹越宽。因此光的中央亮纹更宽，故C正确； D．在双缝干涉实验中，干涉条纹间距 因为，故用同一双缝干涉装置进行实验，光产生的干涉条纹间距比光大，故D错误。 故选C。 7．教材中的四幅图片分别对应四种说法，其中正确的是（　　） A．图1，旋转长竹竿，人感觉竹竿上的蜂鸣器音调变化是由多普勒效应引起的 B．图2，竖直的肥皂膜，膜上有水平横纹，是由光的衍射产生的 C．图3，泊松亮斑是由光的干涉引起的 D．图4，水中的气泡看上去特别明亮，是由光的偏振引起的 【答案】A 【详解】A．旋转竹竿时，蜂鸣器作为声源相对观察者不断做靠近、远离的运动，使观察者接收到的声音频率发生变化，音调变化是多普勒效应引起的，故A正确； B．竖直肥皂膜受重力影响，呈下厚上薄的形状，膜前后表面反射的光发生干涉，相同厚度的位置水平分布，形成水平干涉条纹，这是薄膜干涉现象，不是光的衍射，故B错误； C．泊松亮斑是光绕过不透光圆盘的边缘发生衍射形成的现象，属于光的衍射，不是光的干涉，故C错误； D．水中气泡看起来特别明亮，是因为光从水（光密介质）射向气泡内的空气（光疏介质）时，发生了全反射，不是光的偏振引起的，故D错误。 故选A。 8．在单缝衍射实验中，下列说法错误的是（　　） A．将入射光由黄光换成绿光，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，衍射条纹间距变宽 【答案】B 【详解】A．在单缝衍射实验中，衍射条纹的间距与波长、缝到屏的距离成正比，与单缝宽度成反比，即 黄光波长大于绿光，换成绿光后波长变小，条纹间距变窄，故A正确； B．单缝宽度变小（减小），条纹间距应变宽，而不是变窄，故B错误； C．波长变长，条纹间距变宽，故C正确； D．缝到屏的距离增大，条纹间距变宽，故D正确。 本题选错误的，故选B。 9．（多选）如图所示是双缝干涉的实验原理图，双缝、连线的中垂线与屏幕交于点，单色光源也放置在该中垂线上，此时在屏幕上形成明暗相间的条纹。下列说法正确的是（     ） A．若将该装置双缝右侧部分全部浸入水中，则相邻两条亮条纹间距变小 B．若将该装置双缝右侧部分全部浸入水中，则相邻两条亮条纹间距不变 C．若用黑色不透光胶带遮住缝，屏幕上仍能看到明暗相间的条纹 D．若用黑色不透光胶带遮住缝，屏幕上不能看到明暗相间的条纹 【答案】AC 【详解】AB． 双缝干涉相邻亮条纹间距公式为 若将双缝右侧全部浸入水中，光在水中的波长变为 其中为光在真空中的波长，水的折射率，因此光的波长减小；公式中（双缝到屏的距离）、（双缝间距）不变，减小后相邻亮纹间距变小，故A正确，B错误； CD．遮住缝后，原双缝装置变为单缝，此时会发生单缝衍射现象，单缝衍射也能在屏幕上形成明暗相间的衍射条纹，因此仍能看到明暗相间的条纹，故C正确，D错误。 故选AC。 10．（多选）如图为某半圆形玻璃砖的横截面，O点为圆心，OA为界面BC的垂线。一束复色光沿半径射向O点，出射光分解为a、b两束，则下列说法正确的是（     ） A．a光的频率比b光的大 B．a光在玻璃砖中传播的时间比b光的长 C．增大复色光的入射角，b光先发生全反射 D．通过同一单缝，a光比b光的衍射现象明显 【答案】AB 【详解】A．由题目的光路图可知，玻璃砖对光的偏折效果更明显，因此玻璃砖对光的折射率更大，对同种介质而言，光的频率越大，介质对该光的折射率越大。因此光的频率更大，故A正确； B．光在介质中的速度 光在玻璃砖中传播的时间 因玻璃砖对光的折射率更大，故光在玻璃砖中传播的时间比光的长，故B正确； C．因图中光的折射角更大，增大复色光的入射角，光先发生全反射，故C错误； D．光的频率比光的大，故光比光的波长短，光的衍射现象更明显，故D错误。 故选AB。 🌟思维挑战 11．由单色光a和b组成的复合光垂直入射半径为R、半球形透明介质，在球面形成了中间为复合光外层为单色光a的亮纹，其过球心O的截面图如图所示，整个亮纹弧长为L、复合光亮纹弧长为S。已知单色光a、b关于该介质的折射率分别为、，关于单色光a和b，下列可能正确的是（     ） A． B．单色光a的频率大于b光的频率 C．在该介质中，单色光a的光速大于b光的光速 D．遇到同一障碍物时，单色光b的衍射现象更明显 【答案】C 【详解】A．设、光对应的临界角分别为、，由几何关系有 由关系式 由全反射临界条件 整理得 该比值一般不等于，故A错误； B．由亮纹分布可知光先发生全反射，故 同一介质中，光的频率越大，折射率越大，因此，故B错误； C．由亮纹分布可知，介质中的光速 所以，故C正确； D．由，可知，则真空中波长。遇到同一障碍物时，波长越长，衍射现象越明显，故光的衍射现象更明显，故D错误。 故选C。 12．如图所示为某种透明介质做成的等腰直角三棱镜的截面示意图。由、两种单色光组成的细光束从空气垂直于边射入棱镜，经两次反射后光束垂直于边射出，且在、边只有光射出，光路图如图所示，下列说法正确的是（    ）    A．光的频率比光的频率小 B．该三棱镜对光折射率应小于等于 C．、两种单色光通过同一单缝，光的衍射现象更明显 D．光在三棱镜中的传播速度小于光在三棱镜中的传播速度 【答案】D 【详解】B．因a光在AB、AC边外侧均无出射光线，故发生了全反射，则临界角 C≤45° 由折射定律得 可得 故B错误； A．b光在AB、AC边有光线出射，说明b光的临界角大于45°，b光的折射率小于a光的折射率，a光的频率大于b光的频率，故A错误； C．b光的频率小，所以b光波长长，同一单缝衍射，b光衍射现象更明显，故C错误； D．由 可知b光在三棱镜中的传播速度大于a光在三棱镜中的传播速度，故D正确。 故选D。 13．（多选）下列关于光现象和声现象的叙述中正确的有 A．当光和声音从空气传播到水中时，频率均保持不变，但速度都变大 B．夜晚有风的时候，常听到留有狭缝的窗户发出刺耳的鸣声，这是声音的共振 C．杨氏干涉实验装置的双缝前面各放置一个不同颜色滤光片，则光屏上仍有干涉条纹 D．夜晚路口警示灯是红色的灯光，原因是红光波长比其它可见光长，更易发生衍射 【答案】BD 【详解】A．当光和声音从空气传播到水中时，频率均保持不变，光的速度都变小，声音的速度变大，A错误； B．夜晚有风的时候，常听到留有狭缝的窗户发出刺耳的鸣声，这是声音的共振，B正确； C．两束光的频率相同，才能发生明显的干涉现象。杨氏干涉实验装置的双缝前面各放置一个不同颜色滤光片，透过的光的频率不同，则光屏上不会有干涉条纹，C错误； D．波长越长，衍射现象越明显。夜晚路口警示灯是红色的灯光，原因是红光波长比其它可见光长，更易发生衍射，D正确； 故选BD。 14．（多选）在透明的均匀介质内有一球状空气泡，O为球心，一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡，A为入射点，之后a、b光分别从C、D两点射向介质，细光束在A点的入射角为30°，介质对a光的折射率n=，下列说法中正确的是 A．在该介质中，a光的传播速度比b光的传播速度小 B．a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为30° C．当a光通过单缝时，若缝的宽度小于a光波长时，a光不能发生衍射现象 D．若由a光和b光组成的一束细光束从空气斜射向水中，在不断增大入射角时，a的折射光会先消失 【答案】AB 【详解】A、在A点可见，a光的偏折角大于b光的偏折角，所以a光的折射率大于b光的折射率，由v=c/n得知，在该介质中，a色光的传播速度比b色光的传播速度小，故A正确； B、细光束在A点的入射角为30°，介质对a光的折射率n=，可知在A点的拆解角是45°，由几何关系可知ΔAOC是等腰直角三形，可知，在C点的入射角是45°，根据光路可逆性可知，在C点的拆解角是30°，如图所示，由几何关系可知a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为θ=30°，故B正确； C、当a光通过单缝时，若缝的宽度小于a光波长时，a光能发生明显的衍射现象，故C错误； D、光从空气射向水中，不可能发生全反射，a光的折射光不会消失，故D错误． 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4.5节 光的衍射 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 光的衍射 考点02 衍射光栅 03 避坑指南·解题通法 角度01 单缝衍射和小孔衍射图样 角度02 泊松亮斑 角度03 衍射光栅 角度04 衍射条件 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.知道光的衍射现象以及发生明显衍射的条件。 2.认识单缝衍射、圆孔衍射条纹的特点。 3.区分干涉条纹与衍射条纹的异同。 4.了解衍射在生活当中的一些现象。 1.记住明显衍射条件：障碍物尺寸跟光的波长相近或者更小。 2.对比记忆干涉（等宽）和衍射（中间宽两侧窄）条纹差异。 3.结合光路定性分析衍射，不必深挖复杂计算。 4.联系小孔、狭缝实例理解衍射现象。 知识导图 考点01 光的衍射 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。 （1）各种不同形状的障碍物都能使光发生 ，致使影的轮廓 ，出现 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 ，甚至比光的波长还 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。 5、衍射与干涉的比较 两种现象比较项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 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 各相邻条纹等间距 亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等 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 （1）白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同． （2）区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分． 6、干涉与衍射的本质：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理；在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。 【深化点拨】 1．光的衍射条件：光发生衍射是不需要条件的，衍射是光的波动性的表现，任何光都能发生衍射现象。但光发生明显衍射是有条件的：只有当障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至比光波波长还小时，出现明显的衍射现象。 2．对光的衍射的理解 （1）干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显。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。 （3）常见的衍射现象有单缝衍射，圆孔衍射和泊松亮斑等，充分的说明光能发生衍射现象，它们是光的波动性的有力证明。 1．关于光的衍射，下列说法正确的是（　　） A．只有波长长的光才能发生衍射现象 B．当障碍物或小孔的尺寸与光的波长相近，甚至比波长更小时，才会发生明显衍射现象 C．单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的等间距的条纹 D．光照到较大圆孔上时，屏上出现大光斑，不存在光的衍射 2．（多选）将双缝换成单缝，能使单缝衍射中央亮纹宽度增大的操作有（　　） A．减小缝宽 B．使单缝靠近传感器 C．增大缝宽 D．使单缝远离传感器 3．将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光发生______现象造成的，当铅笔间狭缝变窄时，彩色条纹区域将______（选填“增大”或“减小”）。 考点02 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。 【深化点拨】 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。 4．波长=550nm（1nm=10−9m）的单色光垂直入射于光栅常数d=2×10-4cm的平面衍射光栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为（　　） A．2 B．3 C．4 D．5 5．（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 光的衍射的综合应用及解题步骤 1.光的衍射现象与发生条件 （1）衍射是波特有的现象，指光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象。 明显衍射的条件：只有当障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多，或者比光的波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。 （2）普遍性：一切光都能发生衍射，只是当障碍物尺寸远大于波长时，衍射现象不明显，光近似沿直线传播。 2.单缝衍射与圆孔衍射图样 （1）单缝衍射： 单色光：中央是宽且亮的条纹，两侧是明暗相间、亮度迅速衰减的条纹（不等间距）。 白光：中央是白色亮条纹，两侧是彩色条纹（内紫外红）。 （2）圆孔衍射： 单色光：中央是圆形亮斑（艾里斑），周围是明暗相间的同心圆环。 小孔成像vs衍射：孔较大时成倒立实像（直线传播）；孔很小时出现衍射圆环。 3.泊松亮斑（圆盘衍射） （1）现象：当光照到不透明的小圆盘上时，在圆盘阴影的中心会出现一个亮斑。 （2）成因：光波绕过圆盘边缘，在阴影中心处发生（相长干涉/振动加强）。 （3）图样特征：中心是亮斑，周围有明暗相间的圆环，且阴影边缘模糊不清。 4.衍射光栅 （1）构造：由大量等宽、等间距的平行狭缝（或刻痕）构成。 （2）特点：与单缝衍射相比，光栅衍射产生的亮条纹更窄、更亮，且分得更开。 （3）应用：常用于高精度的光谱分析，能分辨出波长非常接近的光谱线。 角度01 单缝衍射和小孔衍射图样 1．如图甲，让激光束通过一个单缝，观察到光屏上出现如图乙的单色条纹。若要出现如图丙的图样，应（     ） A．将单缝换为双缝 B．减小单缝的宽度 C．增大激光器到单缝的距离 D．换波长更长的激光 2．下图是我们现实生活、生产和科研中遇到的现象。下列说法中错误的是（     ） A．图甲中医用纤维式内窥镜，光信号在光导纤维中发生全反射，则光导纤维内芯是光疏介质，外套是光密介质 B．图乙中肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹，这是光的干涉现象 C．图丙中单色光通过狭缝可以在光屏上呈现条纹状图样，这是光的衍射现象 D．图丁表示声源远离观察者时，观察者接收到的声音频率减小 3．（多选）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（     ） A．若、光分别照射同一玻璃，光的折射率大 B．若、光分别照射同一玻璃，光在玻璃中的传播速度小 C．若、光分别照射同一小孔发生衍射，光的衍射现象更明显 D．若、光分别作为同一双缝干涉装置的光源时，光的干涉条纹间距大 4．（多选）用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验比用普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，若将感光元件置于光屏上，不仅能在光屏上看到条纹，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．当做单缝实验时，光强分布图如乙图所示 B．当做单缝实验时，光强分布图如丙图所示 C．当做双缝实验时，光强分布图如乙图所示 D．换用太阳光做单缝实验，光屏上会出现彩色的不等宽的条纹 5．“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中，某同学对实验装置进行调节并观察实验现象。实验中观察到的干涉图样是下图中的________填“甲”或“乙图样；若仅更换一间距更大的双缝，干涉条纹间距将________填“增大”“减小”或“不变。 角度02 泊松亮斑 6．著名的泊松亮斑是下列图中的（　　） A． B． C． D． 7．分析下列物理现象：①泊松亮斑；②彩超测出反射波频率的变化，从而知道血液流速；③阳光下肥皂膜看起来是彩色的。①、②、③分别属于（　　） A．光的衍射现象、多普勒效应、光的干涉现象 B．光的干涉现象、多普勒效应、光的衍射现象 C．光的干涉现象、光的偏振现象、光的衍射现象 D．光的衍射现象、光的偏振现象、光的干涉现象 8．（多选）关于下列四幅图的描述正确的是（     ） A．图1是一束单色光进入平行玻璃砖，随入射角的不断增大，在面会发生全反射 B．图2中的泊松亮斑，为光照射小圆盘得到的衍射图样 C．图3中，若仅增大光屏与双缝间的距离，条纹间距将变小 D．图4中，当光照射双手时在墙上出现影子，是光沿直线传播的结果，而影子轮廓模糊是由于光的衍射造成的 9．如图所示，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后面屏上的阴影中心出现了一个亮斑，被称为泊松亮斑，这是光的_______现象，这一实验有力地支持了光的_________说。 角度03 衍射光栅 10．某同学在学习光学时，对神奇的光现象产生了兴趣，但对光现象的理解有一项是错误的，请帮他指出（　　） A．可以利用X射线衍射探测晶体的结构 B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加增透膜 C．光纤通信及医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理 D．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的干涉现象 11．（多选）下列说法正确的是（　　） A．增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变窄 B．增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变宽 C．增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变暗 D．增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变亮 12．光栅由许多____的狭缝构成的，两透光狭缝间距称为_____，当入射光垂直入射到光栅上时，衍射角k，衍射级次K满足的关系式是____，用此式可通过实验测定____和____。 角度04 衍射条件 13．让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现（　　） A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的黑白色条纹，直至条纹消失 D．由大变小的三角形光斑，小圆形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 14．关于衍射，下列说法正确的是（　　） A．衍射现象中条纹的出现是光叠加的结果，所以衍射条纹与干涉条纹一样 B．双缝干涉中也存在衍射现象 C．一切波都很容易发生明显的衍射现象 D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 15．（多选）用同一双缝干涉实验装置做甲、乙两种光的双缝干涉实验，获得的双缝干涉条纹分别如图甲、乙所示，下列说法正确的是（   ） A．甲光的波长比乙光的波长小 B．对同一种介质，甲光的折射率小于乙光的折射率 C．从同种介质射向空气，甲光发生全反射的临界角小于乙光的临界角 D．遇到同一障碍物，甲光比乙光更容易发生明显的衍射现象 16．（多选）图甲是双缝干涉示意图，、是两个相互平行的狭缝，a、b两种不同颜色的单色光通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样分别如图乙、丙所示。下列说法正确的是（    ） A．通过同一单缝，b光比a光能发生更明显的衍射 B．b光的频率比a光的频率大 C．若只增大挡板与屏间的距离l，两种单色光相邻亮条纹间的距离都将增大 D．若只减小挡板上两个狭缝间距d，两种单色光相邻亮条纹间的距离都将减小 17．光刻机是制作芯片的核心装置，主要功能是利用光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示，DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为193nm。为提高投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率，则与没加入液体相比，深紫外线进入液体后传播速度_____________（填“变大”“变小”或“不变”），深紫外线在液体中_____________发生明显衍射（填“更容易”或“更不容易”）。 【例1】（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 【深化点拨】 （1）考查光的衍射的概念，理解衍射是光绕过狭缝、障碍物边缘传播的现象，记住单缝衍射的典型实例。 （2）辨析光的干涉现象，薄膜干涉的成因是薄膜两个表面的反射光叠加，肥皂膜彩色就是典型例子。 （3）考查光的全反射现象，掌握全反射的发生场景，能够区分水中气泡发亮这类全反射实例。 （4）区分光的折射色散，彩虹属于光在介质里折射、反射形成的色散，不要和衍射、干涉混淆。 【变式1-1】亚克力玻璃棒的透光率高达92%，优于普通玻璃，能呈现水晶般纯净的视觉效果，尤其在光线折射下可营造梦幻氛围。如图所示，某同学用一束白光射入，经过两次折射和一次反射后在光屏上形成光带PQ，下列说法正确的是（　　） A．在同一介质中，P光的折射率更小 B．在同一介质表面，Q光的全反射角更小 C．在该玻璃棒中，P光的传播时间更长 D．若在同一装置上做单缝衍射实验，则P光呈现的中央亮条纹间距更大 【变式1-2】光的干涉技术可应用于远距离遥感成像、空间碎片探测与光学精密检测。下列现象中，属于光的干涉的是（     ） A．阳光下肥皂泡呈现彩色花纹 B．水中的气泡看起来特别明亮 C．夏天海面上出现的海市蜃楼 D．通过平行狭缝观察日光灯出现彩色条纹 【变式1-3】（多选）如图甲所示，在平静的水面下深处有一个点光源，它发出的两种不同颜色的光和光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为光的颜色（见图乙）。以下说法正确的是（     ） A．在真空中，光的波长比光大 B．若分别用两种光在同一双缝干涉实验装置上做实验，光产生的干涉条纹间距大于光产生的干涉条纹间距 C．若光源匀速向下运动，水面上看到的两个圆形边界的半径变大的速度相同 D．分别用两种光照射同一狭缝，若都能发生衍射，则的中央亮纹比的中央亮纹宽 ⚡基础速刷 1．下列现象中，属于光的干涉现象的是（    ） A．海市蜃楼 B．雨后天空出现彩虹 C．太阳光照射马路积水油膜，油膜表面出现的彩色条纹 D．通过一个狭缝观察日光灯，可在狭缝后方的屏幕上看到彩色条纹 2．某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽为0.05mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的图样是（     ） A． B． C． D． 3．（多选）《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：  “虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。如图是彩虹成因的简化示意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，ab是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是（　　） A．b光的频率小于 a光的频率。 B．水滴对a光的临界角小于对 b光的临界角 C．在同种介质中，a光传播速度大于b光传播速度 D．a光和b光照射相同的单缝，发生衍射现象，b光的中央亮条纹更宽 4．（多选）用两支铅笔夹成一条狭缝，将眼睛紧贴狭缝且让狭缝与日光灯管平行，下列说法正确的是（    ） A．会观察到彩色线状条纹 B．会观察到彩色环状条纹 C．条纹的产生是由于光的衍射 D．条纹的产生是由于光的折射 5．2024年12月30日，哈工大科研团队取得重大突破，获得EUV光刻机所需的波长为的极紫外光源，用极紫外光曝光来制造芯片，可以提高光刻机的光刻精度。如图为EUV光刻机的简化原理图，在投影物镜和光刻胶之间填充了折射率为1.5的浸没液体，则极紫外光在该液体中的波长为___________nm，比在空气中更___________（填“容易”或“不容易”）发生明显的衍射。 🚀能力跃升 6．如图甲，某同学将平面镜倾斜浸于水中，太阳光（可视为平行光）经水面折射和平面镜反射在光屏上形成了彩色条纹。为解释该现象，他将光路图简化图所示，、为太阳光最终折射出水面的其中两束单色光。不考虑容器对光线的反射，下列说法正确的是（　　） A．水对光的折射率大于水对光的折射率 B．光在水中的传播速度小于光在水中的传播速度 C．若用同一单缝衍射装置进行实验，光的中央亮纹更宽 D．若用同一双缝干涉装置进行实验，光产生的干涉条纹间距比光小 7．教材中的四幅图片分别对应四种说法，其中正确的是（　　） A．图1，旋转长竹竿，人感觉竹竿上的蜂鸣器音调变化是由多普勒效应引起的 B．图2，竖直的肥皂膜，膜上有水平横纹，是由光的衍射产生的 C．图3，泊松亮斑是由光的干涉引起的 D．图4，水中的气泡看上去特别明亮，是由光的偏振引起的 8．在单缝衍射实验中，下列说法错误的是（　　） A．将入射光由黄光换成绿光，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，衍射条纹间距变宽 9．（多选）如图所示是双缝干涉的实验原理图，双缝、连线的中垂线与屏幕交于点，单色光源也放置在该中垂线上，此时在屏幕上形成明暗相间的条纹。下列说法正确的是（     ） A．若将该装置双缝右侧部分全部浸入水中，则相邻两条亮条纹间距变小 B．若将该装置双缝右侧部分全部浸入水中，则相邻两条亮条纹间距不变 C．若用黑色不透光胶带遮住缝，屏幕上仍能看到明暗相间的条纹 D．若用黑色不透光胶带遮住缝，屏幕上不能看到明暗相间的条纹 10．（多选）如图为某半圆形玻璃砖的横截面，O点为圆心，OA为界面BC的垂线。一束复色光沿半径射向O点，出射光分解为a、b两束，则下列说法正确的是（     ） A．a光的频率比b光的大 B．a光在玻璃砖中传播的时间比b光的长 C．增大复色光的入射角，b光先发生全反射 D．通过同一单缝，a光比b光的衍射现象明显 🌟思维挑战 11．由单色光a和b组成的复合光垂直入射半径为R、半球形透明介质，在球面形成了中间为复合光外层为单色光a的亮纹，其过球心O的截面图如图所示，整个亮纹弧长为L、复合光亮纹弧长为S。已知单色光a、b关于该介质的折射率分别为、，关于单色光a和b，下列可能正确的是（     ） A． B．单色光a的频率大于b光的频率 C．在该介质中，单色光a的光速大于b光的光速 D．遇到同一障碍物时，单色光b的衍射现象更明显 12．如图所示为某种透明介质做成的等腰直角三棱镜的截面示意图。由、两种单色光组成的细光束从空气垂直于边射入棱镜，经两次反射后光束垂直于边射出，且在、边只有光射出，光路图如图所示，下列说法正确的是（    ）    A．光的频率比光的频率小 B．该三棱镜对光折射率应小于等于 C．、两种单色光通过同一单缝，光的衍射现象更明显 D．光在三棱镜中的传播速度小于光在三棱镜中的传播速度 13．（多选）下列关于光现象和声现象的叙述中正确的有 A．当光和声音从空气传播到水中时，频率均保持不变，但速度都变大 B．夜晚有风的时候，常听到留有狭缝的窗户发出刺耳的鸣声，这是声音的共振 C．杨氏干涉实验装置的双缝前面各放置一个不同颜色滤光片，则光屏上仍有干涉条纹 D．夜晚路口警示灯是红色的灯光，原因是红光波长比其它可见光长，更易发生衍射 14．（多选）在透明的均匀介质内有一球状空气泡，O为球心，一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡，A为入射点，之后a、b光分别从C、D两点射向介质，细光束在A点的入射角为30°，介质对a光的折射率n=，下列说法中正确的是 A．在该介质中，a光的传播速度比b光的传播速度小 B．a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为30° C．当a光通过单缝时，若缝的宽度小于a光波长时，a光不能发生衍射现象 D．若由a光和b光组成的一束细光束从空气斜射向水中，在不断增大入射角时，a的折射光会先消失 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $