5.3 光的衍射 课件 -2026-2027学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

第3节　光的衍射 学习目标 1. 知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件。 2. 知道衍射条纹的特点。 3. 了解衍射光栅。 一、衍射现象 1. 光的衍射。 光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为 ⁠。 2. 产生明显衍射的条件。 障碍物或孔的尺寸 光的波长时能产生明显的衍射。 光的衍射 接近 (1)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现 ⁠ ，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。 明暗相间的圆 环 3. 三种衍射图样及其特点。 ②圆孔越小，中央亮斑的直径越 (选填“大”或“小”)，同时亮度 越弱。 大 (2)单缝衍射。 ①单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最 亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条 纹，中央为白色条纹。 ②波长一定时，单缝 (选填“宽”或“窄”)的中央条纹宽，条纹间 距大；单缝不变时，光波波长 (选填“大”或“小”)的中央条纹 宽，条纹间距大。 窄 大 (3)圆盘衍射(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，圆盘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。 二、衍射对分辨本领的影响 1. 一个光学仪器的分辨本领，就是这个仪器能把彼此靠近的物体的像 ⁠ 的能力。 2. 光学显微镜和望远镜等光学仪器，其透镜就相当于小圆孔，透镜的直径 越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越 ⁠。 分 离开来 低 三、衍射光栅 1. 结构：在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线，或者在玻璃上刻上许多 均匀的细槽，因为它们有类似 的形状，所以被称为衍射光栅。 2. 衍射光栅的种类： 光栅和 光栅。 3. 衍射图样的特点：与单缝衍射相比，光栅衍射的亮条纹的宽度变窄，亮 度 ⁠。 栅栏 反射 透射 增加 要点一　光的衍射 例1　观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm 逐渐增大到0.8 mm，看到 的现象是(　A　)。 A A. 衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显 B. 衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显 C. 衍射条纹的间距不变，只是亮度增强 D. 以上现象都不会发生 由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍 射条纹越宽，条纹间距也越大，本题是将缝调宽，现象相反，故选项A正 确，B、C、D 错误。 归纳点拨 (1)衍射现象是否明显：入射光波长越长，障碍物、小孔和狭缝的尺寸越 小，衍射现象越明显。 (2)衍射条纹的亮度：小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越暗。 ［针对训练1］在学习了光的衍射现象后，某同学回家后自己设置了一个 小实验。在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔 屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，他在屏上看到的现象是 (　B　)。 A. 先是圆形亮区，最后完全黑暗 B. 先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗 C. 先是圆形亮环，最后完全黑暗 D. 先是圆形亮环，然后是圆形亮区，最后完全黑暗 B 在圆孔由大到小调节过程中，当孔较大时，光沿直线传播，在屏上得到一 个圆形亮区；当孔的直径减小到与光波的波长相近时，产生光的衍射现 象，屏上将出现明、暗相间的圆形亮环；当孔继续减小到完全闭合，没有 光到达屏上时，屏上完全黑暗。 要点二　衍射与干涉的比较 例2　如图所示的四种明暗相间的条纹，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(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中从左往右排列，亮 条纹的颜色依次是(　B　)。 B A. 红　黄　蓝　紫 B. 红　紫　蓝　黄 C. 蓝　紫　红　黄 D. 蓝　黄　红　紫 从图样可以看出图甲和图丙为光的干涉图样，由Δy＝λ可知，图甲为红光 的干涉图样，图丙为蓝光的干涉图样；图乙和图丁为光的衍射图样，且图 丁衍射明显，故图丁应为黄光的衍射图样，故选B。 归纳点拨 名称 项目 单缝衍射 双缝干涉 不 同 点 产生条件 只要狭缝足够小，任 何光都能发生 频率、振动情况相同的两列 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 各相邻条纹等间距 名称 项目 单缝衍射 双缝干涉 不 同 点 亮度 中央条纹最亮，两边 变暗 条纹清晰，亮度基本相等 相 同 点 成因 都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或 削弱的结果 意义 都是波特有的现象，表明光是一种波 ［针对训练2］关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是(　D　)。 A. 光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理 B. 光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的 C. 光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象不能说明这一点 D. 光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果 光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象，都是光波叠加的结果； 单色光的干涉条纹、衍射条纹都是明(由单色光颜色决定)暗相间的，白光 的干涉条纹、衍射条纹都是彩色的，只是条纹间距特点及亮度特点不同而 已，故A、B、C 错误，D正确。 D 要点三　衍射对分辨本领的影响及衍射光栅 例3　(多选)用光学显微镜观察物体时，由于衍射，被观测的物体上的一个 光点经过透镜后不再会聚为一点而是形成了一个光斑，这样物体的像就模 糊了；电子束也是一种波，把电子加速后，它的物质波波长比可见光波长 短得多，衍射现象的影响就小得多，这样就可以极大地提高显微镜的分辨 能力。已知物质波的波长为λ＝，p为物体的动量，h为普朗克常量。根据 以上材料，下列说法正确的是(　AC　)。 AC A. 该材料的信息说明了运动的电子也能发生衍射 B. 为了进一步提高电子显微镜的分辨本领，应当降低加速电子的电压 C. 相比电子显微镜，在相同电压加速后，质子显微镜的分辨本领更强 D. 电子的动量越小，电子显微镜的分辨本领越强 材料中“电子束也是一种波”，可知运动的电子也能发生衍射，故A正 确；为了进一步提高电子显微镜的分辨本领，应增加加速电子的电压，使 电子的速度更大，即动量更大，它的物质波波长更短，更不容易发生衍 射，故B错误；由动能定理可知qU＝mv2＝＝，电子与质子经过相 同的电压加速后，质子获得的动量更大，质子的物质波波长更小，即质子 显微镜的分辨本领更强，故C正确；由λ＝可知，电子的动量越小，波长 越长，越容易发生衍射，即电子显微镜的分辨本领越弱，故D错误。 归纳点拨 光学仪器的透镜直径越大，波长越小，产生的衍射现象越不明显，分辨本 领越高。 ［针对训练3］关于衍射光栅，下列说法错．误．的是(　C　)。 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 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，A、D正确；衍射光栅可 分为透射光栅和反射光栅两类，B正确。 C $