5光的衍射[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道光的衍射現(xiàn)象，了解產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件(重點(diǎn))。2.知道衍射條紋的特點(diǎn)，會(huì)區(qū)分衍射條紋和干涉條紋(重難點(diǎn))。一、光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當(dāng)縫很窄時(shí)，光沒(méi)有沿直線傳播，它繞過(guò)了縫的邊緣，傳播到了相當(dāng)寬的地方。這就是光的衍射現(xiàn)象。2．各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現(xiàn)明暗相間的條紋。3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：在障礙物或狹縫的尺寸足夠小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯。有同學(xué)說(shuō)：“光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說(shuō)明光沿著直線傳播，光不再發(fā)生衍射現(xiàn)象”，這種說(shuō)法對(duì)嗎？答案不對(duì)。衍射現(xiàn)象是一定會(huì)發(fā)生，大光斑說(shuō)明光是沿直線傳播的，衍射現(xiàn)象不明顯，但大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的。三種衍射圖樣的特點(diǎn)：1．單縫衍射(1)單色光通過(guò)狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過(guò)狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋。(2)波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時(shí)，光波波長(zhǎng)大的中央條紋寬，條紋間距大。2.圓孔衍射：光通過(guò)小孔(孔很小)時(shí)，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。如圖所示。(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小。(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時(shí)亮度越弱。(3)用不同單色光照射圓孔時(shí)，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長(zhǎng)越大，中央圓形亮斑的直徑越大。(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色的同心圓環(huán)。3．圓板衍射(泊松亮斑)(1)若在單色光傳播途中放一個(gè)較小的圓形障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑。衍射圖樣如圖所示。(2)中央是亮斑(與圓孔衍射圖樣中心亮斑比較，泊松亮斑較小)，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。(1)衍射條紋和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的。(×)(2)只有波長(zhǎng)長(zhǎng)的光才發(fā)生衍射現(xiàn)象。(×)(3)白光的單縫衍射圖樣是黑白相間的直條紋。(×)例1讓燭光照射到一塊遮光板上，板上有一個(gè)可自由收縮的圓孔，當(dāng)此圓孔緩慢地由大收縮變小直到閉合時(shí)，在孔后的屏上將先后出現(xiàn)的現(xiàn)象是(遮住側(cè)面光)()A．圓形光斑倒立的燭焰明暗相間的圓環(huán)B．明暗相間的圓環(huán)圓形光斑倒立的燭焰C．倒立的燭焰圓形光斑明暗相間的圓環(huán)D．圓形光斑明暗相間的圓環(huán)倒立的燭焰答案A解析當(dāng)圓孔較大時(shí)，屏上出現(xiàn)一個(gè)圓形光斑，隨著圓孔緩慢地收縮，光斑逐漸變?。划?dāng)圓孔小到一定程度時(shí)，屏上會(huì)出現(xiàn)倒立的燭焰，即小孔成像；繼續(xù)使圓孔緩慢收縮，當(dāng)圓孔的大小與光波波長(zhǎng)相差不多時(shí)，在屏上可以觀察到明暗相間的圓環(huán)，即圓孔衍射的圖樣；當(dāng)孔閉合時(shí)，屏上就會(huì)一片黑暗，故A正確。例2如圖所示，甲、乙、丙、丁四幅圖是不同的單色光通過(guò)同一雙縫或單縫形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點(diǎn)可以得出的正確結(jié)論是()A．甲、乙是光的衍射圖樣B．丙、丁是光的衍射圖樣C．形成甲圖樣的光的波長(zhǎng)比形成乙圖樣的光的波長(zhǎng)短D．形成丙圖樣的光的波長(zhǎng)比形成丁圖樣的光的波長(zhǎng)短答案B解析干涉條紋是等間距的條紋，因此題圖甲、乙是干涉圖樣，題圖丙、丁是衍射圖樣，故B正確，A錯(cuò)誤；由Δx＝eq\f(l,d)λ可知，條紋寬的入射光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，所以形成甲圖樣的光的波長(zhǎng)比形成乙圖樣的光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故C錯(cuò)誤；形成丙圖樣的光的波長(zhǎng)比形成丁圖樣的光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故D錯(cuò)誤。針對(duì)訓(xùn)練一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋，現(xiàn)將其中一條窄縫擋住，讓這束紅光只通過(guò)一條窄縫，則在光屏上可以看到()A．與原來(lái)相同的明暗相間條紋，只是亮條紋比原來(lái)暗些B．與原來(lái)不相同的明暗相間條紋，而中央亮條紋變寬些C．只有一條與縫寬對(duì)應(yīng)的亮條紋D．無(wú)條紋，只存在一片紅光答案B解析擋住一縫后，在屏上得到的是單縫衍射圖樣。衍射圖樣和干涉圖樣的異同點(diǎn)：中央都出現(xiàn)亮條紋，兩側(cè)都出現(xiàn)明暗相間的條紋，干涉圖樣為等間距的明暗相同的條紋，而衍射圖樣兩側(cè)為不等間距的明暗相間的條紋且亮條紋的亮度減弱，且衍射圖樣中央亮條紋較寬，故選B。單縫衍射與雙縫干涉的比較種類項(xiàng)目單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)產(chǎn)生條件狹縫足夠小(發(fā)生明顯衍射)頻率相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等，中央條紋最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度中央條紋最亮，越向兩側(cè)條紋越暗各條紋亮度基本相同相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋例3(多選)在抽制很細(xì)的金屬絲的過(guò)程中，可以用激光隨時(shí)監(jiān)測(cè)抽絲的粗細(xì)情況。其裝置如圖甲所示，在抽絲機(jī)的細(xì)絲出口附近，用一束激光沿與細(xì)絲垂直的方向照射細(xì)絲，在細(xì)絲的另一側(cè)用光屏接收激光。工作人員通過(guò)觀察光屏上明暗相間亮斑的情況(圖乙所示為沿激光傳播方向看到的光屏情況)，便可知道抽制出的細(xì)絲是否合格。對(duì)于這種監(jiān)控抽絲機(jī)的裝置，下列說(shuō)法中正確的是()A．這是利用光的直線傳播規(guī)律B．這是利用光的衍射現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明細(xì)絲粗了D．如果屏上條紋變寬，表明細(xì)絲細(xì)了答案BD解析由題意知明暗相間亮斑的形成是單縫衍射現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤，B正確；縫變窄，則條紋寬度變寬，如果屏上條紋變寬，表明細(xì)絲變細(xì)，故C錯(cuò)誤，D正確。二、衍射光柵1．構(gòu)成衍射光柵是由許多等寬的狹縫等距離地排列起來(lái)形成的光學(xué)元件。2．原理增加狹縫的個(gè)數(shù)，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將增加。3．透射光柵和反射光柵在一塊很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕產(chǎn)生漫反射而不太透光，未刻的部分相當(dāng)于透光的狹縫，這樣就做成了透射光柵。如果在高反射率的金屬上刻痕，就可以做成反射光柵。例4(多選)關(guān)于衍射光柵，下列說(shuō)法正確的是()A．衍射光柵是由許多等寬的狹縫組成的B．增加狹縫的個(gè)數(shù)，因衍射條紋的寬度將變寬，所以亮度將會(huì)增加C．透射光柵中有刻痕的部分相當(dāng)于透光的狹縫D．當(dāng)光通過(guò)光柵時(shí)，每個(gè)狹縫均起到單縫衍射的作用答案AD解析衍射光柵由一系列等距的平行刻痕或狹縫組成，刻痕處發(fā)生漫反射而不透光，未刻痕的部分相當(dāng)于透光的狹縫，故C錯(cuò)誤，A正確；增加狹縫的個(gè)數(shù)，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將會(huì)增加，B錯(cuò)誤；當(dāng)光通過(guò)光柵的狹縫時(shí)，光線發(fā)生衍射現(xiàn)象，D正確。課時(shí)對(duì)點(diǎn)練考點(diǎn)一光的衍射1．關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說(shuō)法不正確的是()A．衍射條紋是光波的相互疊加的結(jié)果B．光的衍射現(xiàn)象是光在傳播過(guò)程中偏離直線繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象C．光的衍射現(xiàn)象完全否定了光沿直線傳播的結(jié)論D．光的衍射現(xiàn)象為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù)答案C2．(2022·棗莊市檢測(cè))下列現(xiàn)象中屬于光的衍射現(xiàn)象的是()A．雨后天空美麗的彩虹B．陽(yáng)光下肥皂膜的彩色條紋C．光通過(guò)三棱鏡產(chǎn)生的彩色條紋D．對(duì)著日光燈從兩鉛筆縫中看到的彩色條紋答案D解析雨后天空美麗的彩虹，這是太陽(yáng)光通過(guò)懸浮在空氣中細(xì)小的水珠折射而成的，白光經(jīng)水珠折射以后，分成各種彩色光，這種現(xiàn)象叫作光的色散現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；日光照射在肥皂泡上出現(xiàn)彩色條紋屬于光的干涉，故B錯(cuò)誤；一束白光通過(guò)三棱鏡產(chǎn)生的彩色條紋屬于光的折射現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；通過(guò)一個(gè)狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋，屬于單縫衍射，故D正確。3.某同學(xué)使用激光器做光源，在不透光的擋板上開一條寬度為0.05mm的窄縫(水平)，進(jìn)行光的衍射實(shí)驗(yàn)，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()答案D解析單縫衍射條紋中間寬，兩側(cè)越來(lái)越窄，又由于單縫是水平的，故衍射條紋也是水平的，D對(duì)。4．(2022·重慶八中高二月考)在大山后面的屋舍聽廣播(信號(hào)波長(zhǎng)為1～100m)要比看電視(信號(hào)波長(zhǎng)為1～3m)的效果好，這是由于()A．廣播信號(hào)更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B．電視信號(hào)更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象C．廣播信號(hào)更容易發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象D．電視信號(hào)更容易發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象答案A解析聽廣播效果好，是因?yàn)閺V播信號(hào)的波長(zhǎng)比電視信號(hào)的波長(zhǎng)長(zhǎng)，更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，繞到大山后面，故選A?？键c(diǎn)二單縫衍射和雙縫干涉的比較5．(2022·南通市高二期中)下列光現(xiàn)象中，光學(xué)原理與其他各項(xiàng)不同的是()答案A解析A中圖像是由于光的干涉形成的，B、C、D中的圖像是由于光的衍射形成的。6．下列四種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀器和同一單縫衍射儀器形成的圖樣(黑色部分表示亮紋，保持縫到屏距離不變)。其中屬于藍(lán)光的衍射圖樣的是()答案B解析雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，所以A、C選項(xiàng)中的圖樣為干涉圖樣。單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而波長(zhǎng)越大，中央亮條紋越粗，紅光的波長(zhǎng)大于藍(lán)光的波長(zhǎng)，所以B項(xiàng)為藍(lán)光的衍射圖樣。7．在一束單色光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后，在光屏上得到如下四幅圖樣，關(guān)于光屏前傳播方向上放置的裝置，以下說(shuō)法正確的是()A．甲是單縫、乙是雙縫B．乙是雙縫、丙是小圓孔C．丙是小圓孔、丁是小圓板D．甲是雙縫、丁是小圓孔答案C解析衍射圖樣中間是亮條紋，越向兩側(cè)條紋寬度越小，干涉圖樣的明暗條紋寬度相等，可知題圖甲是雙縫干涉條紋，題圖乙是單縫衍射條紋；根據(jù)圓孔衍射與圓盤衍射的區(qū)別可知，圓孔衍射的圖樣中央較大的區(qū)域內(nèi)是亮的，周圍是明暗相間的圓環(huán)，圓盤衍射的圖樣中間較大的區(qū)域是暗的，在暗區(qū)域中心存在一亮斑，可知題圖丙是圓孔衍射圖樣，題圖丁是圓板衍射圖樣，所以C正確。8．關(guān)于光的特性，下列描述正確的是()A．一束自然光通過(guò)兩個(gè)相互垂直的偏振片后沒(méi)有光了，說(shuō)明光是縱波B．雨后路面上的油膜形成彩色的條紋，是光的衍射現(xiàn)象C．光照射到不透明的小圓盤上，在小圓盤背后陰影區(qū)出現(xiàn)泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象D．分別用單色紅光和單色綠光通過(guò)同一雙縫干涉裝置，后者條紋間距較寬答案C解析一束自然光通過(guò)兩個(gè)相互垂直的偏振片后沒(méi)有光了，說(shuō)明光是橫波，A錯(cuò)誤；雨后路面上的油膜形成彩色的條紋，是光的薄膜干涉現(xiàn)象，B錯(cuò)誤；光照射到不透明的小圓盤上，在小圓盤背后陰影區(qū)出現(xiàn)泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，C正確；紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，由Δx＝eq\f(l,d)λ可知，紅光的條紋間距較寬，D錯(cuò)誤。9．(多選)(2023·忻州一中期中)中國(guó)女科學(xué)家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素而獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，屠呦呦也成為首位獲得該獎(jiǎng)的中國(guó)人。在研究青蒿素化學(xué)結(jié)構(gòu)時(shí)，研究人員用X射線衍射的方法最終確定了其化學(xué)結(jié)構(gòu)。X射線的波長(zhǎng)比可見光的短，在做單縫衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．將入射光由可見光換成X射線，衍射條紋間距變窄B．使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C．換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，衍射條紋間距變寬D．增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變窄答案AC解析將入射光由可見光換成X射線，波長(zhǎng)變小，衍射條紋間距變窄，故A正確；使單縫寬度變小，則衍射條紋間距變寬，故B錯(cuò)誤；換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，則衍射條紋間距變寬，故C正確；增大單縫到屏的距離，則衍射條紋間距變寬，故D錯(cuò)誤。10．關(guān)于甲、乙、丙、丁四個(gè)實(shí)驗(yàn)，以下說(shuō)法正確的是()甲：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)劈尖產(chǎn)生明暗條紋乙：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)牛頓環(huán)產(chǎn)生明暗條紋丙：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)雙縫產(chǎn)生明暗條紋?。?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)單縫產(chǎn)生明暗條紋A．四個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋均為干涉條紋B．甲、乙兩實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋均為等距條紋C．丙實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的條紋間距越大，該光的頻率越大D．丁實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的明暗條紋為光的衍射條紋答案D解析丁實(shí)驗(yàn)中，單色光通過(guò)單縫產(chǎn)生的明暗條紋為光的衍射條紋，其他三個(gè)均為光的干涉條紋，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；牛頓環(huán)產(chǎn)生明暗條紋是不等距的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；丙實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的條紋間距越大，該光的波長(zhǎng)越大，頻率越小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。11．(多選)用激光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，比普通光源效果更好，圖樣更清晰。如果將感光元件置于光屏上，則不僅能在光屏上看到彩色條紋，還能通過(guò)感光元件中的信號(hào)轉(zhuǎn)換，在電腦上看到光強(qiáng)的分布情況(如圖所示)。下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖為乙圖B．當(dāng)做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖為丙圖C．當(dāng)做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖為乙圖D．當(dāng)做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖為丙圖答案AD解析當(dāng)做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，中央是亮條紋，往兩側(cè)條紋亮度逐漸降低，且亮條紋的寬度不等，所以其光強(qiáng)分布圖為題圖乙，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，在屏上呈現(xiàn)的是寬度相等的亮條紋，所以其光強(qiáng)分布圖為題圖丙，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。12．(2022·如皋市調(diào)研)如圖甲所示，每年夏季，我國(guó)多地會(huì)出現(xiàn)日暈現(xiàn)象，日暈是日光通過(guò)卷層云時(shí)，受到冰晶的折射或反射形成的。如圖乙所示為一束太陽(yáng)光射到六角形冰晶上時(shí)的光路圖，a、b為其折射出的光線中的兩種單色光，下列說(shuō)法正確的是()A．在冰晶中，b光的傳播速度較大B．用同一裝置做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，b光中央亮條紋更