4.5光的衍射0101學(xué)習(xí)目標(biāo)物理素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.物理觀念：①了解光的衍射現(xiàn)象。②知道衍射是波的特性。2.科學(xué)思維：.通過(guò)觀察得出光明顯衍射的條件。3.科學(xué)探究：經(jīng)歷光的衍射實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，體會(huì)衍射是波的特性。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)生活中實(shí)例觀察，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)物理之美，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。1.了解光的衍射概念及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。2.知道衍射、衍射光柵在生產(chǎn)、生活以及科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用，了解科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的關(guān)系。3.通過(guò)光的衍射的學(xué)習(xí)，對(duì)光的直線傳播現(xiàn)象提出質(zhì)疑，會(huì)從不同的角度思考物理問(wèn)題。重點(diǎn)關(guān)注：①光的衍射現(xiàn)象、直線傳播、明顯衍射條件②單縫衍射、圓孔衍射、衍射光柵002思維導(dǎo)圖003知識(shí)梳理（一）課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識(shí)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。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。（二）辨析1.白光經(jīng)單縫衍射和雙縫干涉產(chǎn)生的條紋有什么共同特點(diǎn)?【答案】都是中央為白色條紋,兩側(cè)為彩色條紋。2.衍射和干涉條紋都是明暗相間的,兩種條紋是否完全一樣?【答案】不一樣。衍射條紋是中間最寬、最亮,從中間向兩側(cè)逐漸變窄、變暗;干涉條紋是等間距的條紋,寬度和亮度相同。3.光遇到小孔、單縫或障礙物時(shí),衍射現(xiàn)象可能發(fā)生,也可能不發(fā)生,這種說(shuō)法對(duì)嗎?【答案】不對(duì)。光遇到小孔、單縫或障礙物時(shí),一定發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是有明顯與不明顯之分,無(wú)發(fā)生與不發(fā)生之別。004題型精講【題型一】光的衍射【點(diǎn)撥】【點(diǎn)撥】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.圓孔衍射與圓盤衍射項(xiàng)目圓孔衍射圓盤衍射(泊松亮斑)圖樣區(qū)別(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)。(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)。相同不等間距的明暗相間條紋【典型例題1】（2024·江蘇揚(yáng)州·模擬預(yù)測(cè)）用一束紅色激光照射單縫，光屏上出現(xiàn)的現(xiàn)象如圖所示，下列操作可使中央亮條紋變寬的是（）A．增大激光束的寬度 B．減小單縫的寬度C．減小屏到單縫的距離 D．改用綠色激光照射【答案】B【詳解】AB．單縫衍射中央亮條紋的寬度和亮度與單縫的寬度有關(guān)，單縫寬度越窄，亮度越弱，衍射現(xiàn)象越明顯，則條紋的寬度越寬，與激光束的寬度無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤，B正確；C．減小屏到單縫的距離，中央亮條紋變窄，故C錯(cuò)誤；D．改用綠色激光照射，因波長(zhǎng)變短，衍射現(xiàn)象變得不明顯，則中央亮條紋變窄，故D錯(cuò)誤。故選B?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】（23-24高二下·上?！て谥校ǘ噙x）一束紅光經(jīng)過(guò)狹縫在光屏上得到如圖所示的圖樣，則（

）A．該圖樣屬于紅光的干涉圖樣B．狹縫寬度必遠(yuǎn)大于紅光波長(zhǎng)C．光沿直線傳播只是近似規(guī)律D．減小狹縫寬度，條紋間距變寬【答案】CD【詳解】A．紅光通過(guò)單縫，產(chǎn)生中間寬、兩邊窄的衍射圖樣，A錯(cuò)誤；BD．當(dāng)縫的寬度與光波的波長(zhǎng)接近或比光波的波長(zhǎng)少得多時(shí)能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，且減小狹縫寬度時(shí)，條紋間距變寬，B錯(cuò)誤，D正確；C．光的波長(zhǎng)比障礙物小得多時(shí)，可以把光的傳播看做直線傳播，故光沿直線傳播只是近似規(guī)律，C正確。故選CD?！绢}型二】光的干涉與衍射對(duì)比【點(diǎn)撥】【點(diǎn)撥】1.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2.干涉圖樣與衍射圖樣對(duì)比光的干涉現(xiàn)象：雙縫干涉、薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環(huán))；光的衍射現(xiàn)象：?jiǎn)慰p衍射、圓孔衍射、光柵衍射、圓盤衍射(泊松亮斑).【典型例題1】（23-24高二下·福建福州·期末）（多選）某實(shí)驗(yàn)小組在光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后，得到如下四幅圖樣，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．甲是單縫衍射圖樣 B．乙是雙縫干涉圖樣C．丙是小圓孔衍射圖樣 D．丁是小圓板“泊松亮斑”衍射圖樣【答案】CD【詳解】AB．衍射與干涉圖樣的區(qū)別是：前者是中間亮條紋明且寬大，越向兩側(cè)寬度越小，后者明暗條紋寬度相等，則甲是雙縫干涉圖樣，乙是單縫衍射圖樣，故AB錯(cuò)誤；CD．單色光照射小圓孔做衍射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，中央較大的區(qū)域內(nèi)是亮的，周圍是明暗相間的圓環(huán)，條紋間距也不等，亮度向外逐漸變暗；而泊松亮斑的中間是一個(gè)比較小的亮點(diǎn)，亮度向外逐漸變亮，可知丙是小圓孔衍射圖樣，丁是小圓板“泊松亮斑”衍射圖樣，故CD正確。故選CD?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】（23-24高二下·廣東佛山·期中）（多選）如圖所示為紅光、藍(lán)光經(jīng)過(guò)狹縫裝置得到的三個(gè)圖樣，下列說(shuō)法正確的是（

）A．三個(gè)圖均為衍射圖樣B．三個(gè)圖均為干涉圖樣C．入射光的頻率相同，狹縫越窄，中央亮紋的寬度越寬D．狹縫寬度不變，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，中央亮條紋越寬【答案】ACD【詳解】AB．三個(gè)圖均為衍射圖樣。故A正確；B錯(cuò)誤；C．由前兩個(gè)圖樣比較可知，入射光的頻率相同，狹縫越窄，中央亮紋的寬度越寬。故C正確；D．紅光的波長(zhǎng)大于藍(lán)光的波長(zhǎng)，由第一個(gè)和第三個(gè)圖樣比較可知，狹縫寬度不變，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，中央亮條紋越寬。故D正確。故選ACD。005強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．（23-24高二下·湖北·期中）汽車尾燈都是紅色的，一個(gè)重要的原因是紅光在大霧天氣能被更遠(yuǎn)處的人看見，這是因?yàn)椋ǎ〢．紅光比其它色光頻率更高，更容易沿直線傳播B．紅光比其它色光折射率更大，折射光路彎折更大C．紅光比其它色光波長(zhǎng)更長(zhǎng)，更容易發(fā)生明顯衍射D．紅光比其它色光波長(zhǎng)更長(zhǎng)，波長(zhǎng)長(zhǎng)才能發(fā)生衍射【答案】C【詳解】紅光比其它色光波長(zhǎng)更長(zhǎng)，頻率更低，折射率更小，更容易發(fā)生明顯衍射，因此能夠繞過(guò)霧氣傳播更遠(yuǎn)的距離，發(fā)生明顯衍射的條件是波長(zhǎng)大于等于障礙物尺寸即可。故選C。2．（23-24高二上·江蘇南通·期末）研究?jī)墒す獠▌?dòng)現(xiàn)象的同一實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中光屏上得到了如圖乙、丙所示的圖樣。下列說(shuō)法正確的是（）A．擋板上有兩條平行的豎直狹縫B．乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C．增加激光器的強(qiáng)度可以使條紋間距變大D．乙、丙兩列激光疊加后形成穩(wěn)定的干涉條紋【答案】B【詳解】A．由圖乙條紋特點(diǎn)可知是衍射條紋，即擋板上有一條狹縫，故A錯(cuò)誤；BC．衍射條紋中相鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距為明顯如圖乙中心間距大于如圖丙所示的中心間距，得乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)，由上式可知條紋間距與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故B正確，C錯(cuò)誤；D．單縫只能產(chǎn)生衍射，不能干涉現(xiàn)象，則乙、丙兩列激光疊加后不能形成穩(wěn)定的干涉條紋，故D錯(cuò)誤；故選B。3．（23-24高二下·重慶·階段練習(xí)）a、b兩束單色光的波長(zhǎng)分別為λa和λb，分別通過(guò)相同的單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置得到如圖所示的圖樣，則這兩束單色光（）A．b光的波動(dòng)性比a光弱B．在水中的傳播速度va＜vbC．發(fā)生全反射的臨界角a光小于b光D．a(chǎn)、b光分別射向同一雙縫干涉裝置，干涉條紋間距＜【答案】A【詳解】A．相同條件下，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)波動(dòng)性越強(qiáng)，衍射越明顯，由圖可知a波長(zhǎng)大于b波長(zhǎng)，b光的波動(dòng)性比a光弱，故A正確；B．由圖可知a波長(zhǎng)大于b波長(zhǎng)，a頻率小于b頻率，a折射率小，所以在水中的傳播速度va＞vb，故B錯(cuò)誤；C．由圖可知a波長(zhǎng)大于b波長(zhǎng)，a頻率小于b頻率，a折射率小，所以發(fā)生全反射的臨界角a光大于b光，故C錯(cuò)誤；D．a(chǎn)、b光分別射向同一雙縫干涉裝置，由可知，干涉條紋間距＞，故D錯(cuò)誤。故選A。4．（2024·江蘇南通·一模）如圖所示，擋板上安裝有寬度可調(diào)的一條狹縫，縫后放一個(gè)光屏。用單色平行光照射狹縫，狹縫寬度從調(diào)整為，光屏上可能呈現(xiàn)（

）A．圖樣①變化為圖樣② B．圖樣②變化為圖樣①C．圖樣③變化為圖樣④ D．圖樣④變化為圖樣③【答案】D【詳解】AB．①和②為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的圖像，故AB錯(cuò)誤；CD．用單色平行光照射狹縫，當(dāng)縫調(diào)到很窄時(shí)，盡管亮條紋的亮度有所降低，但是寬度反而增大了，故可能呈現(xiàn)圖樣④變化為圖樣③。故C錯(cuò)誤，D正確。故選D。5．（23-24高二下·寧夏·階段練習(xí)）.如圖所示分別是光、光各自通過(guò)同一單縫衍射儀器形成的圖樣（灰黑色部分表示亮紋，保持縫到屏距離不變），則下列說(shuō)法正確的是（）A．在真空中，單色光的波長(zhǎng)大于單色光的波長(zhǎng)B．在真空中，光的傳播速度小于光的傳播速度C．雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)光產(chǎn)生的條紋間距比光的小D．光和光由玻璃棱鏡進(jìn)入空氣后頻率都變大【答案】A【詳解】A．光的衍射條紋比光的衍射條紋寬，則光波長(zhǎng)大于光波長(zhǎng)，A正確；B．真空中各種色光速度均相同，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)光產(chǎn)生的條紋間距比光的大，C錯(cuò)誤；D．光發(fā)生折射時(shí)的頻率不變，D錯(cuò)誤。故選A。6．（23-24高二下·湖北·階段練習(xí)）甲、乙兩圖是教科書上紅光的單縫衍射和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)圖樣。下列有關(guān)光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)法正確的是（

）A．圖甲發(fā)生的是衍射現(xiàn)象，圖乙發(fā)生的是干涉現(xiàn)象B．不改變其他條件，當(dāng)用紫光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖甲的條紋間距變小C．不改變其他條件，當(dāng)只減小縫的寬度時(shí)，圖甲的條紋間距變大D．不改變其他條件，當(dāng)只減小縫的寬度時(shí)，圖乙的中央條紋寬度變小【答案】B【詳解】干涉條紋的條紋等間距，由圖可知圖甲發(fā)生的是干涉現(xiàn)象，圖乙發(fā)生的是衍射現(xiàn)象，根據(jù)，由于紫光的波長(zhǎng)較小，所以不改變其他條件，當(dāng)用紫光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖甲的條紋間距變小，不改變其他條件，當(dāng)只減小縫的寬度時(shí)，圖甲的條紋間距不變，圖乙的中央條紋寬度變大。故選B。7．（23-24高二下·山東青島·階段練習(xí)）如圖所示的四種明暗相間的條紋，是紅光、紫光分別通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀形成的干涉圖樣和通過(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣，圖中黑色部分代表亮條紋，對(duì)下列四幅圖分析正確的是（）A．A是紅光的衍射條紋B．B是紅光的衍射條紋C．C圖對(duì)應(yīng)的色光頻率更小D．在同種介質(zhì)中D圖對(duì)應(yīng)的色光波長(zhǎng)更大【答案】D【詳解】AB．干涉圖樣為等間距的，紫光的間距較小，所以圖樣A為紅光的干涉條紋，圖樣B為紫光的衍射條紋，圖樣C為紫光的干涉條紋，圖樣D為紅光的衍射條紋，故AB錯(cuò)誤；C．紅光的頻率小于紫光的頻率，所以C圖對(duì)應(yīng)的色光頻率更大，故C錯(cuò)誤；D．紅光的波長(zhǎng)大于紫光的波長(zhǎng)，在空氣中D圖對(duì)應(yīng)的色光波長(zhǎng)更大，故D正確。故選D。8．（23-24高二下·重慶南岸·期中）在光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后，分別得到如下四幅圖樣，哪一個(gè)是由單縫衍射實(shí)驗(yàn)得到的圖樣（

）A． B．C． D．【答案】C【詳解】A．圖樣是干涉條紋，故A錯(cuò)誤；B．圖樣是圓孔衍射，故B錯(cuò)誤；C．圖樣是單縫衍射，故C正確；D．圖樣是泊松亮斑，故D錯(cuò)誤。故選C?！舅仞B(yǎng)提升】9．（23-24高二下·河南·階段練習(xí)）（多選）利用圖甲所示的裝置（示意圖），觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在處放置不同的光學(xué)元件，光屏上可得到如圖乙中1和2兩種圖樣。下列說(shuō)法正確的是（

）A．圖樣1對(duì)應(yīng)單縫，縫越寬，衍射現(xiàn)象越明顯B．圖樣1對(duì)應(yīng)雙縫，雙縫間距越大，中央條紋越寬C．圖樣2對(duì)應(yīng)單縫，增大和光屏之間的距離，相鄰條紋間距變大D．圖樣2對(duì)應(yīng)雙縫，增大入射光的波長(zhǎng)，相鄰條紋間距變大【答案】CD【詳解】AB．1是單縫衍射圖樣，縫越窄，衍射現(xiàn)象越明顯，AB錯(cuò)誤；CD．2是雙縫干涉圖樣，根據(jù)可知，增大入射光的波長(zhǎng)，或則增大雙縫到光屏的距離，相鄰條紋間距變大，CD正確。故選CD。10．（23-24高二下·山西太原·期末）關(guān)于衍射圖樣，下列選項(xiàng)正確的是（）A．甲圖是白光的單縫衍射條紋B．乙圖是單色光單縫衍射產(chǎn)生的圖樣C．丙圖是法國(guó)科學(xué)家泊松在實(shí)驗(yàn)中首次觀察到的泊松亮斑D．丁圖是英國(guó)物理學(xué)家沃森和克里克做實(shí)驗(yàn)獲得的一系列DNA纖維的電子射線衍射圖樣【答案】B【詳解】A．白光的單縫衍射圖樣是彩色的直條紋，故A錯(cuò)誤；B．乙圖是單色光單縫衍射產(chǎn)生的圖樣，是明暗相間的直條紋，中間是亮紋，選項(xiàng)B正確；C．丙圖是阿拉果在實(shí)驗(yàn)中首次觀察到的泊松亮斑，光線照射到圓板上，在圓板的后面出現(xiàn)一個(gè)亮斑，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．丁圖是英國(guó)物理學(xué)家沃森和克里克做實(shí)驗(yàn)獲得的一系列DNA纖維的X射線衍射圖樣，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選B。11．（2021高三·全國(guó)·專題練習(xí)）如圖甲可以用來(lái)測(cè)定半圓柱形玻璃磚的折射率n，O是圓心，MN是法線，一束單色光線以入射角i＝30°由玻璃磚內(nèi)部射向O點(diǎn)，折射角為r，當(dāng)入射角增大到也為r時(shí)，恰好無(wú)光線從