第3節(jié)光的衍射第5章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.觀察光的衍射現(xiàn)象,知道什么是光的衍射及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。(科學(xué)探究、物理觀念)2.初步了解衍射對分辨本領(lǐng)的影響和衍射光柵。(科學(xué)思維)3.能用衍射知識對生活中的現(xiàn)象進(jìn)行分析和解釋。(科學(xué)思維)思維導(dǎo)圖課前篇自主預(yù)習(xí)自主閱讀一、衍射現(xiàn)象1.定義光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射。2.分類(1)圓孔衍射:圖樣為明暗相間的圓環(huán)。(2)單縫衍射:(單色光)圖樣為明暗相間的條紋,中央條紋最寬。(3)邊緣衍射:圖樣為明暗相間的條紋。(4)泊松亮斑:影的中心有亮斑。3.光的明顯衍射的條件只有當(dāng)障礙物或孔的尺寸接近光的波長時,衍射才是明顯的。二、衍射對分辨本領(lǐng)的影響1.光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng):是指將兩個相互靠近的物體的像分離開來的能力。當(dāng)一個物體的像的中心剛好落在另一個物體像的邊緣時,這兩個像剛好能被分辨。2.光學(xué)顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng):(1)其透鏡相當(dāng)于小圓孔,透鏡直徑越小,產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯,分辨本領(lǐng)就越低。(2)增大放大率不能提高分辨率。三、衍射光柵1.定義在兩個螺桿上繃上許多平行的細(xì)金屬線,或者在玻璃片上刻上許多均勻的細(xì)槽。因為它有類似柵欄的形狀,所以被稱為衍射光柵。衍射光柵可分為透射光柵和反射光柵。2.圖樣的特點(diǎn)(1)在接收屏上得到的光柵衍射圖樣是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果。(2)光柵衍射的亮條紋的寬度比單縫衍射時窄得多。3.應(yīng)用(1)科學(xué)實(shí)驗和技術(shù)應(yīng)用中的重要光學(xué)器件。(2)制作光譜儀中的分光器:復(fù)色光經(jīng)過光柵后會彼此分開。自我檢測1.正誤判斷(1)衍射和干涉條紋都是明暗相間的,所以二者是一樣的。(

)答案

×(2)所有光都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。(

)答案

√(3)日常生活中很難看到光的衍射現(xiàn)象是因為一般物體的線度都比光的波長大得多的緣故。(

)答案

√(4)多縫干涉的結(jié)果使光柵衍射的寬度比單縫衍射時更寬。(

)答案

×2.關(guān)于衍射,下列說法正確的是(

)A.衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后產(chǎn)生的結(jié)果B.只有光能夠發(fā)生衍射現(xiàn)象C.一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D.影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實(shí)解析

衍射圖樣是復(fù)雜的光波的疊加現(xiàn)象,一切波(包括機(jī)械波)都能發(fā)生衍射,但要發(fā)生明顯的衍射,需要滿足障礙物的尺寸小于或相當(dāng)于波長的條件,故A正確、B、C、D錯誤。答案

A3.點(diǎn)光源照在一個剃須刀片上,在屏上形成了它的影子,其邊緣較為模糊,原因是(

)A.光的反射 B.光強(qiáng)太小C.光的干涉 D.光的衍射解析

在剃須刀片邊緣有部分光繞過障礙物進(jìn)入到陰影中去,從而看到影子的邊緣模糊,光繞過障礙物偏離直線傳播是光的衍射現(xiàn)象。答案

D課堂篇探究學(xué)習(xí)探究一三種衍射圖樣的比較情境探究一單色光源發(fā)出的光經(jīng)一狹縫照射到光屏上,可觀察到的圖像是下圖中的哪一個?為什么?要點(diǎn)提示

A。因為單縫衍射時,中央亮條紋最寬、最亮,兩側(cè)依次變窄、變暗,這是單縫衍射條紋的特征。知識歸納1.單縫衍射圖樣的特點(diǎn)(1)中央條紋最亮、越向兩邊越暗;中央條紋最寬,越靠外,條紋間距越窄。(2)縫變窄,通過的光變少,而光分布的范圍更寬,所以亮條紋的亮度降低。(3)中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關(guān)。入射光波長越長,單縫越窄,中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。(4)用白光做單縫衍射時,中央亮條紋是白色的,兩邊是彩色條紋,中央亮條紋仍然最寬、最亮。2.圓孔衍射(1)圓孔衍射如圖所示,當(dāng)擋板AB上的圓孔較大時,光屏上出現(xiàn)圖甲所示的情形,無明顯的衍射現(xiàn)象發(fā)生;當(dāng)擋板AB上的圓孔很小時,光屏上出現(xiàn)圖乙所示的衍射圖樣,出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。(2)圓孔衍射的圖樣特征①單色光的圓孔衍射圖樣:中央亮圓的亮度大,外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)。越向外,圓(亮)環(huán)亮度越低。②白光的圓孔衍射圖樣:中央亮圓為白色,周圍是彩色圓環(huán)。3.圓板衍射(1)各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射,致使影的輪廓的邊緣模糊不清,若在單色光(如激光)傳播途中放一個較小的圓形障礙物,會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮斑,這就是著名的泊松亮斑,如圖丙所示。丙

(2)形成泊松亮斑時,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)。典例剖析例題1對于單縫衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是(

)A.縫的寬度d越小,衍射條紋越亮B.縫的寬度d越小,衍射現(xiàn)象越明顯C.縫的寬度d越小,光的傳播路線越接近直線D.入射光的波長越短,衍射現(xiàn)象越明顯解析

單縫寬度越小,衍射條紋的亮度越小,選項A錯;入射光的波長越長,單縫寬度越小,衍射現(xiàn)象越明顯,選項B對,選項C、D錯。答案

B規(guī)律方法

對衍射現(xiàn)象的理解(1)衍射現(xiàn)象是否明顯方面:入射光波長越長,障礙物、小孔和狹縫的尺寸越小,衍射現(xiàn)象越明顯。(2)衍射條紋的亮度方面:小孔和狹縫的尺寸越小,衍射條紋的亮度越小。探究二單縫衍射和雙縫干涉的比較情境探究在光的干涉和衍射實(shí)驗中均可觀察到明、暗相間的條紋,下列四幅圖樣中哪幅為雙縫干涉圖樣,哪幅為單縫衍射圖樣?要點(diǎn)提示

a為雙縫干涉圖樣;b、d為單縫衍射圖樣。

知識歸納單縫衍射與雙縫干涉的比較

名稱單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小,任何光都能發(fā)生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,兩邊變暗條紋清晰,亮度基本相等相同點(diǎn)成因都有明暗相間的條紋,條紋都是光波疊加時加強(qiáng)或削弱的結(jié)果意義都是波特有的現(xiàn)象,表明光是一種波光波的波長越長,干涉條紋、衍射條紋的寬度都變大。

典例剖析例題2關(guān)于光的干涉和衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是(

)A.光的干涉現(xiàn)象遵循波的疊加原理,衍射現(xiàn)象不遵循波的疊加原理B.白光的干涉條紋是彩色的,衍射條紋是黑白相間的C.光的干涉現(xiàn)象說明光具有波動性,光的衍射現(xiàn)象不能說明這一點(diǎn)D.光的干涉和衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結(jié)果解析

光的干涉現(xiàn)象和光的衍射現(xiàn)象都是波特有的現(xiàn)象,都是光波疊加的結(jié)果,白光的干涉條紋是彩色的,白光的衍射條紋也是彩色的,只是條紋間距特點(diǎn)及亮度特點(diǎn)不同而已。答案

D規(guī)律方法

區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法(1)根據(jù)條紋的寬度區(qū)分:雙縫干涉的條紋是等寬的,條紋間的距離也是相等的;而單縫衍射的條紋,中央亮條紋最寬,兩側(cè)的條紋變窄。(2)根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分:雙縫干涉條紋,從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很小;而單縫衍射條紋中央亮紋最亮,兩側(cè)的亮紋逐漸變暗。變式訓(xùn)練(多選)用激光做單縫衍射實(shí)驗和雙縫干涉實(shí)驗,比普通光源效果更好,圖像更清晰。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,還能通過感光元件中的信號轉(zhuǎn)換,在電腦上看到光強(qiáng)的分布情況。下列說法正確的是(

)A.當(dāng)做單縫實(shí)驗時,光強(qiáng)分布圖如乙所示B.當(dāng)做單縫實(shí)驗時,光強(qiáng)分布圖如丙所示C.當(dāng)做雙縫實(shí)驗時,光強(qiáng)分布圖如乙所示D.當(dāng)做雙縫實(shí)驗時,光強(qiáng)分布圖如丙所示解析

當(dāng)做單縫實(shí)驗時,中間亮條紋最亮,兩側(cè)亮條紋亮度逐漸降低,且亮條紋的寬度不等,所以其光強(qiáng)分布如題圖乙所示,A項正確,B項錯誤;當(dāng)做雙縫實(shí)驗時,在屏上呈現(xiàn)的是寬度相等的亮條紋,所以其光強(qiáng)分布如題圖丙所示,C項錯誤,D項正確。答案

AD當(dāng)堂檢測1.觀察單縫衍射現(xiàn)象時,把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm,看到的現(xiàn)象是(

)A.衍射條紋的間距逐漸變小,衍射現(xiàn)象逐漸不明顯B.衍射條紋的間距逐漸變大,衍射現(xiàn)象越來越明顯C.衍射條紋的間距不變,只是亮度增強(qiáng)D.以上現(xiàn)象都不會發(fā)生解析

觀察衍射圖樣發(fā)現(xiàn):狹縫的寬度逐漸變小,衍射現(xiàn)象越來越明顯,衍射條紋間距變大。本題是縫寬增大,所以選項A正確。答案

A2.(多選)關(guān)于光柵,下列說法正確的是(

)A.增加光柵的狹縫的個數(shù),亮條紋變窄B.增加光柵的狹縫的個數(shù),亮條紋變寬C.增加光柵的狹縫的個數(shù),條紋亮度變暗D.增加光柵的狹縫的個數(shù),條紋亮度變亮答案

AD3.(多選)對于光的衍射現(xiàn)象的定性分析,下列說法正確的是(

)A.只有障礙物或孔的尺寸可以跟光波波長相比甚至比光波長還要小的時候,才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象B.光的衍射現(xiàn)象是光波相互疊加的結(jié)果C.光的衍射現(xiàn)象否定了光沿直線傳播的結(jié)論D.光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性解析

光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象無疑說明了光具有波動性,而小孔成像說明光沿直線傳播,而要出現(xiàn)小孔成像,孔不能太小,光的直線傳播規(guī)律只是近似的,只有在光的波長比障礙物小很多的情況下,光才可以看成是直線傳播的,所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的,它們是在不同條件下出現(xiàn)的兩種現(xiàn)象,故上述選項中正確的是A、B、D。答案

ABD4.在觀察光的衍射現(xiàn)象的實(shí)驗中,通過緊靠眼睛的卡尺測腳形成的狹縫,觀看遠(yuǎn)處的線狀白熾燈絲(燈管或燈絲都要平行于狹縫),可以看到(

)A.黑白相間的直條紋

B.黑白相間的弧形條紋C.彩色的直條紋

D.彩色弧形條紋解析

白熾燈發(fā)出的是復(fù)色光,其中各種色光的波長不同,產(chǎn)生的衍射條紋間距不同,各單色光相互疊加,成為彩色直條紋。答案

C5.一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?，F(xiàn)將其中一條縫擋住,讓這束紅光只通過一條縫,則在光屏上可以看到(

)A.與原來相同的明暗相間的條紋,只是亮條紋比原來暗些B.與原來不相同的明暗相間的條紋,而中央亮條紋變寬些C.只有一條與縫寬對應(yīng)的亮條紋D.無條紋,只存在一片紅光解析

本題一開始告訴我們產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象,說明兩縫都很窄,能夠滿足使紅光發(fā)生明顯衍射的條件,擋住一條縫后,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,但衍射圖樣中央亮條紋較寬,兩側(cè)都出現(xiàn)明暗相間的條紋;干涉圖樣為等間隔的明暗相間的條紋,而衍射圖樣兩側(cè)為不等間隔的明暗相間的條紋。只有選項B正確。答案

B6.(多選)抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲可用激光監(jiān)控其粗細(xì),如圖所示,激光束越過細(xì)絲時