第四章光選擇性必修一?人教版5.光的衍射

我們生活在一個(gè)充滿光的世界。人類渴望光明，生物需要陽(yáng)光，人類的感覺器官接收到的信息中，有90%的是通過眼睛?，F(xiàn)在光學(xué)已經(jīng)成為物理學(xué)的重要組成部分，在生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，光學(xué)是現(xiàn)代高科技領(lǐng)域中最前沿的科學(xué)之一。物理觀念了解光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，知道衍射條紋與干涉條紋的區(qū)別；科學(xué)思維通過觀看演示圖片，思考光發(fā)生衍射現(xiàn)象的本質(zhì)，用科學(xué)類比的方法研究光的衍射現(xiàn)象與光的干涉現(xiàn)象異同；科學(xué)探究結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)及演示視頻學(xué)生分組探究光發(fā)生明顯干涉現(xiàn)象的條件，并探究單縫衍射、小孔衍射、以及圓盤衍射圖樣的特征。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識(shí)應(yīng)用在生活中，在生活中發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象，用所學(xué)的物理知識(shí)解釋生活中的物理現(xiàn)象，在科學(xué)研究中必須要有堅(jiān)定的自信心和踏實(shí)勤奮的態(tài)度。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)

光的衍射條紋特點(diǎn)及發(fā)生明顯的光的衍射現(xiàn)象的條件。難點(diǎn)光的干涉條紋和衍射條紋的比較。一、光的衍射

5.光的衍射一、光的衍射既然光是一種波,為什么我們?nèi)粘Ｉ钪杏^察不到光的衍射現(xiàn)象,而常?？吹降氖枪庋刂本€傳播的呢?一、光的衍射一、光的衍射（三）單縫衍射單色光單縫衍射圖樣的特點(diǎn)①條紋不等間距；②中央條紋亮而寬；③兩側(cè)條紋較暗較窄，對(duì)稱分布。④波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫越窄，現(xiàn)象越明顯，中央亮紋越寬越暗不同縫寬的單縫衍射一、光的衍射各種顏色的光波衍射圖象一樣嗎？不同色光或不同寬度單縫衍射條紋的特征①波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大．②單縫不變時(shí)，光波波長(zhǎng)的（紅光）中央亮紋越寬，條紋間隔越大．③白光的單縫衍射條紋為中央亮，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色．一、光的衍射種類項(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單縫衍射與雙縫干涉的比較一、光的衍射如何解釋引入實(shí)驗(yàn)中“光不沿直線傳播”的現(xiàn)象？光經(jīng)過圓盤發(fā)生衍射現(xiàn)象，繞過圓盤，在不透明圓盤的陰影后面，出現(xiàn)了一個(gè)亮斑。泊松亮斑中心有小亮斑一、光的衍射如何解釋以下視頻中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？孔較小時(shí)——屏上出現(xiàn)衍射花樣（亮暗相間的不等間距的圓環(huán)，這些圓環(huán)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了光沿直線傳播所能照明的范圍）一、光的衍射圓盤和小圓孔的衍射圖樣有何不同？相同點(diǎn)：均是明暗相間的光環(huán),中心均有亮斑不同點(diǎn)：①圓孔衍射中心亮斑較大,而泊松亮斑較??；②圓孔衍射亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而增大,圓盤衍射亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減??；③圓孔衍射的背景是黑暗的,而圓盤衍射圖樣中的背景是明亮的。二、衍射光柵

5.光的衍射二、衍射光柵二、衍射光柵

實(shí)驗(yàn)表明，如果增加狹縫的個(gè)數(shù)，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將增加光學(xué)儀器中用的衍射光柵就是據(jù)此制成的。它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。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（圖）。如果在高反射率的金屬上刻痕，就可以做成反射光柵。透射光柵二、衍射光柵晶體中原子的排列是規(guī)則的，原子間距與X射線波長(zhǎng)接近。這使得X射線照射在晶體上會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。衍射圖樣中斑點(diǎn)的強(qiáng)度和位置包含著有關(guān)晶體的大量信息。因此，人們可以利用X射線衍射探測(cè)晶體的結(jié)構(gòu)（圖）。X射線晶體衍射實(shí)驗(yàn)示意圖二、衍射光柵1912年，德國(guó)科學(xué)家勞厄觀測(cè)到了這種衍射現(xiàn)象。在當(dāng)時(shí)人們并不確信X射線是一種電磁波，也不確信晶體是由周期性排列的原子組成的。勞厄的觀測(cè)，同時(shí)證實(shí)了X射線的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部的原子點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，被愛因斯坦譽(yù)為物理學(xué)中最美的實(shí)驗(yàn)。勞厄因此獲得了1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。之后，英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子深入研究了利用X射線測(cè)量和分析晶體結(jié)構(gòu)的方法。他們的工作奠定了這一技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)，為此，布拉格父子共同獲得了1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。今天，X射線衍射已經(jīng)成為人們探測(cè)晶體和大分子結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)手段之一，被廣泛應(yīng)用于物理學(xué)和生物學(xué)等許多領(lǐng)域。這一技術(shù)所帶來(lái)的最重要成果之一，就是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。二、衍射光柵

在20世紀(jì)50年代，生物學(xué)家已經(jīng)知道DNA是細(xì)胞中攜帶遺傳信息的物質(zhì)，下一步就是要搞清楚DNA的結(jié)構(gòu)，從而確定它的化學(xué)作用。從1951年開始，英國(guó)物理學(xué)家威爾金斯和富蘭克林研究了DNA對(duì)X射線的衍射，獲得了一系列DNA纖維的X射線衍射圖樣（圖）。英國(guó)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（主任為小布拉格）的美國(guó)生物學(xué)家沃森和英國(guó)生物學(xué)家克里克則根據(jù)這些數(shù)據(jù)提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。這是生物學(xué)史上劃時(shí)代的事件。它宣告了分子生物學(xué)的誕生，標(biāo)志著生物學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了分子水平。沃森、克里克和威爾金斯因此獲得了1962年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。三、課堂總結(jié)

5.光的衍射光的衍射光的衍射衍射現(xiàn)象：光離開直線傳播路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象。衍射條件：縫的尺寸接近波長(zhǎng)或比波長(zhǎng)還要小。衍射圖樣單縫衍射圓孔衍射泊松亮斑衍射光柵四、練習(xí)與應(yīng)用

5.光的衍射四、練習(xí)與應(yīng)用B例1對(duì)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,光傳播路線越接近直線D.入射光的波長(zhǎng)越短,衍射現(xiàn)象越明顯解析

縫的寬度d越小,衍射現(xiàn)象越明顯,入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射現(xiàn)象越明顯,B正確。解析

縫的寬度d越小,衍射現(xiàn)象越明顯,入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射現(xiàn)象越明顯,B正確。四、練習(xí)與應(yīng)用四、練習(xí)與應(yīng)用D2

(2025·廣東惠州高二期中)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)可能是由小圓板實(shí)驗(yàn)得到的泊松亮斑圖案(

)四、練習(xí)與應(yīng)用解析

“泊松亮斑”是光通過小圓板衍射形成的,在圓盤后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個(gè)亮斑,這就是泊松亮斑,故D正確。五、提升訓(xùn)練

5.光的衍射五、提升訓(xùn)練B1.(2025·廣東江門期末)某同學(xué)拿一張不透光的卡片,用剪刀剪一條零點(diǎn)幾毫米的細(xì)縫,再用激光筆發(fā)射激光照射細(xì)縫,他在對(duì)面的墻上看到,中央有一條較寬的明條紋,兩側(cè)還有一系列明暗相間的條紋。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是(

)A.光的干涉

B.光的衍射C.光的折射

D.光的偏振五、提升訓(xùn)練解析

單縫衍射圖像的特點(diǎn):中央有一條較寬較亮的條紋,兩邊是對(duì)稱且明暗相間的條紋,且明條紋的強(qiáng)度向兩邊逐漸減弱,所以產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是光的衍射,故B正確。五、提升訓(xùn)練B2.(2025·廣東江門期末)某研究性學(xué)習(xí)小組用激光束照射圓孔和不透明圓板后,分別得到如圖甲、乙所示的圖樣,則下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.甲圖屬于圓孔衍射B.乙圖的亮斑是“泊松亮斑”,最早由泊松先推算出這個(gè)亮斑,后來(lái)泊松發(fā)現(xiàn)圓板中心的確有這個(gè)亮斑C.不管是圓孔衍射還是圓盤衍射,影像的邊緣輪廓都是模糊不清的D.發(fā)生圓孔衍射時(shí),圓形光環(huán)的圖樣半徑遠(yuǎn)大于圓孔的半徑,即光繞到障礙物的影子里五、提升訓(xùn)練解析

單色光在光程差相同的位置干涉連成的線會(huì)形成條紋,當(dāng)肥皂液膜豎直放置時(shí),單色光垂直照射肥皂液膜,在前、后兩面反射形成干涉條紋,若將該裝置放在地球上觀察,由于重力作用,在高度相等的位置的光程差相同,故可看到水平直條紋,故A錯(cuò)誤;若將該裝置放在空間站觀察,由于處于完全失重狀態(tài),肥皂液膜厚度均勻,所以觀察不到干涉條紋,故B錯(cuò)誤;因?yàn)榈厍虮砻?/p>