人教版選修3－4 13.5 光的衍射 學案.doc

13.5 光的衍射 學案 知識導學 本節(jié)內(nèi)容主要包含了三個知識點，即單縫衍射、圓孔衍射和發(fā)生明顯衍射的條件，在對本節(jié)內(nèi)容進行學習時，明確衍射現(xiàn)象的產(chǎn)生條件.同時，我們應(yīng)該知道衍射是光的一種本性，衍射和干涉是波所具有的特性.我們要認識光的干涉和光的衍射的區(qū)別，加深對所學知識的理解.知識梳理1.單縫衍射：單色平行光照射一條狹縫，當狹縫較寬時，光沿_傳播，在光屏上產(chǎn)生一條寬度跟單縫的亮區(qū)，但當縫寬很小時，盡管亮區(qū)的_有所減小，但是_反而增大了，這表明光經(jīng)過單狹縫時，并沒沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣傳播到了相當寬的地方，這就是光的衍射現(xiàn)象，而且狹縫越窄，衍射在光屏上產(chǎn)生的中央亮條紋越_.2.圓孔衍射：用點光照射某一擋板上的圓孔，當圓孔直徑較大時，在光屏上得到一個圓形亮斑，其直徑大小與按光的_作圖得到的直徑相同.但是，當圓孔縮小到足夠小時，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)，光在屏上所能達到的區(qū)域遠遠_光按直線傳播時所應(yīng)照亮的區(qū)域，這也就是光的衍射現(xiàn)象.3.光發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物、小孔和狹縫的尺寸可以與光的波長_，或者比光的波長_時，光才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，即光不再沿直線傳播.通常情況下，光的波長很?。ㄖ挥惺种畮孜⒚祝话阏系K物的尺寸_光的波長，故觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，可以近似認為光是沿直線傳播的.疑難突破1.理解單縫衍射圖樣 剖析：（1）單縫衍射圖樣：單色光的單縫衍射圖樣是相互平行的明暗條紋，但各條紋的寬度和亮度不同，中央亮條紋最亮最寬，從中央亮條紋向外，亮紋的亮度和寬度迅速減小.（下面是對單縫衍射和雙縫干涉圖樣的比較） 說明：縫變窄，通過的光能變少，而光能分布的范圍變寬，所以亮紋的亮度降低. 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離就越大. 用白色光做單縫衍射時，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，其中最靠近中央的色光是紫光，最遠離中央的是紅光.（2）用單色光照射狹縫，在狹縫較寬時，屏上出現(xiàn)一段亮條紋，且縫越窄，亮條紋也越窄，因為此時狹縫寬度比波長大很多，光是沿直線傳播的；當狹縫很窄時，屏中央出現(xiàn)一條比狹縫寬度大很多的亮條紋，兩側(cè)出現(xiàn)明暗相間，但間距和亮度不等的條紋；當狹縫更窄時，中央亮條紋更寬，兩側(cè)的亮條紋離中央亮條紋更遠，產(chǎn)生了明顯的衍射現(xiàn)象.2.光的干涉和光的衍射的比較剖析：(1)雙縫干涉和單縫衍射都是波疊加的結(jié)果，只是干涉條紋是有限的幾束光的疊加，而衍射條紋可認為是極多且復雜的相干光的疊加.(2)單縫衍射時，照射光的波長越長，中央亮紋越寬，衍射和干涉都能使白光分色，且中央白光的邊緣均呈紅色.(3)干涉和衍射的圖樣有相似之處，都是明暗相間的條紋.只是干涉條紋中各條紋寬度和亮度基本相同，衍射條紋中各條紋寬度和亮度均不等，中央亮紋最寬、最亮.典題精講【例1】 某同學以線狀白熾燈為光，利用游標卡尺兩腳間形成的狹縫觀察光的衍射現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點，你認為正確的是（ )a.若狹縫與燈泡平行，衍射條紋與狹縫平行b.若狹縫與燈泡垂直，衍射條紋與狹縫垂直c.衍射條紋的疏密程度與狹縫的寬度有關(guān)d.衍射條紋的間距與光的波長有關(guān)思路解析：若狹縫與線狀燈平行，衍射條紋與狹縫平行且現(xiàn)象明顯，故a項對.若狹縫與線狀燈垂直，衍射現(xiàn)象不明顯，故b項錯.狹縫越窄，條紋越疏，故c項對.波長越長，條紋間距越大，故d項對.答案：acd綠色通道：衍射條紋的疏密程度與縫寬有關(guān)，縫越小，條紋越疏；條紋間距與波長有關(guān)，波長越長，間距越大.變式訓練：如圖所示是通過游標卡尺兩測腳間的狹縫觀察白熾燈線光時所拍下的四張照片，這四張照片表明了光通過單狹縫后形成的_圖樣，從照片（1）和（4）的圖樣分析可知，游標卡尺兩測腳間的寬度是由_變_的，照片（4）中間條紋的顏色就是_色.答案：衍射寬窄白【例2】下列說法中正確的是（ )a.光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性 b.光的頻率越大，波長越長c.光的波長越長，光子的能量越大 d.光在真空中的傳播速度為3.00108 m/s思路解析：干涉和衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象.光既然也會發(fā)生干涉和衍射，則可推斷光具有波動性，故a正確.光波的波長決定于頻率f和波速v，即=,故b錯.光子的能量決定于頻率，并不取決于波長，故c錯.由實驗可知光在真空中的傳播速度為3.00108 m/s,故選項a、d正確.答案：ad綠色通道：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，但存在明顯的區(qū)別：雙縫干涉條紋是等間距、等亮度的，而單縫衍射條紋除中央明條紋最寬最亮外，兩側(cè)條紋亮度、寬度逐漸減小.變式訓練：關(guān)于光的干涉、衍射及其應(yīng)用，下列說法中正確的是（ )a.在光的干涉和衍射現(xiàn)象中，都出現(xiàn)亮暗相間的條紋或彩色條紋，因此干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象是相同的b.水面上的油層在陽光的照射下出現(xiàn)彩色條紋是干涉現(xiàn)象，泊松亮斑是衍射現(xiàn)象c.增透膜增加透射光，減少反射光是利用了光的干涉d.激光防偽商標，看起是彩色的，這是光的干涉現(xiàn)象思路解析：光的干涉和衍射雖然有很多共性，但屬于不同的光現(xiàn)象，a錯誤.油膜的彩色條紋是薄膜干涉產(chǎn)生的，泊松亮斑是很小的圓斑，是光衍射產(chǎn)生的，b正確.增透膜的作用是增加透射光的強度，減小反射光的損失，厚度應(yīng)等于光波在膜中波長的，其原理利用了光的干涉，正確.激光防偽商標的彩色條紋是薄膜干涉引起的，正確.答案：bcd 問題探究 問題：學完本節(jié)知識后，小明設(shè)計了如下一個實驗，觀察光的衍射條紋，請試試看它的方法是否可行，并思考總結(jié)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的條件. 導思：（1）在此前章節(jié)的學習中，我們對單色光與復色光已經(jīng)有了深刻的了解，請同學們認真思考一下，此實驗中我們用到的光白熾燈所發(fā)出的光，屬于單色光還是復色光，若換用另一種色光做此實驗，結(jié)果有何不同？（2）為了能夠清楚地觀察到衍射條紋，燈絲的背景要盡量選得暗淡些，避免產(chǎn)生過強的反射光，影響觀察效果.此外，還應(yīng)注意狹縫與光間距的選擇要恰當. 探究：實驗器材 長直燈絲的白熾燈泡(或日光燈)、電、游標卡尺、導線若干. 實驗步驟(1)用具有長直燈絲的白熾燈(或較遠距離的日光燈代替)作線狀光，將其水平固定.(2)調(diào)節(jié)游標卡尺兩腳間的距離，形成一個0.5 mm的狹縫.(3)在距燈絲幾米遠處，使游標卡尺的狹縫與直燈絲平行，眼睛靠近狹縫觀察光.(4)調(diào)節(jié)狹縫的寬度，使狹縫寬度分別為0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm