魯科版選修34 光的衍射 第1課時(shí) 學(xué)案.docx

5光的衍射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。能用衍射知識(shí)對(duì)生活中的現(xiàn)象進(jìn)行解釋和分析。2初步了解衍射光柵。著名數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)菲涅耳的波動(dòng)理論推算出：把一個(gè)不透光的小圓盤放在一束光下，在小圓盤后方的光屏上，圓盤陰影中心會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮斑。后人稱此亮斑為“泊松亮斑”。泊松指望這一推論能推翻光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)，因此他要求菲涅耳做實(shí)驗(yàn)。菲涅耳接受挑戰(zhàn)，你知道菲涅耳成功了嗎？這一實(shí)驗(yàn)的成功說(shuō)明了什么問(wèn)題？由于衍射，圓板的陰影的中心出現(xiàn)了亮斑提示：他完成了實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了這一亮斑的存在。這一實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了光發(fā)生了衍射，照到了泊松認(rèn)為不該照到的地方。證實(shí)了光的波動(dòng)理論的正確性。1光的衍射現(xiàn)象光在傳播過(guò)程中，遇到障礙物或小孔時(shí)，光將_直線傳播的途徑而繞到障礙物后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象。2常見(jiàn)的光的衍射現(xiàn)象(1)單縫衍射：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)狹縫時(shí)，在屏幕上出現(xiàn)_相間的條紋，中央為亮條紋，中央條紋最寬最亮，其余條紋變窄變暗；白光通過(guò)狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)_條紋，中央為白色條紋。思考：你知道衍射圖樣與干涉圖樣的區(qū)別嗎？(2)圓孔衍射：光通過(guò)小孔時(shí)(孔很小)在屏上會(huì)出現(xiàn)_相間的圓環(huán)。(3)泊松亮斑障礙物的衍射現(xiàn)象各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，使影的輪廓模糊不清。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)在陰影中心有一個(gè)_，這就是著名的泊松亮斑。思考：用單色光照射小孔，隨著圓孔的逐漸減小，屏上先后有何變化？3產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件在障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)_，甚至比光的波長(zhǎng)還要_的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。4光的衍射現(xiàn)象和光的直線傳播的關(guān)系光的直線傳播只是一種特殊情況，當(dāng)光的波長(zhǎng)比_或_小得多時(shí)，光可以看成沿直線傳播；在孔或障礙物尺寸可以跟波長(zhǎng)相比，甚至比波長(zhǎng)還要小時(shí)，衍射現(xiàn)象就十分明顯。5衍射光柵由許多等寬的狹縫_地排列起來(lái)形成的光學(xué)元件。狹縫的個(gè)數(shù)越多，衍射條紋的寬度越_，亮度越_。答案：1偏離2(1)明暗彩色思考提示：衍射條紋寬度不等，中央明紋最寬，且各亮紋的亮度不同，中央亮紋最亮、兩側(cè)亮紋亮度依次減弱。而干涉條紋的寬度相等、且各條亮度基本相同。(2)明暗(3)亮斑思考提示：圓形亮斑光源倒立的像(小孔成像)明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)。3相比小4障礙物孔5等距離窄大一、光的直線傳播是一種特殊情況光的直線傳播是一種特殊情況，具體從以下兩個(gè)方面去理解：1多數(shù)情況下，光照到較大的障礙物或小孔上時(shí)是按沿直線傳播的規(guī)律傳播的，在它們的后面留下陰影或光斑。如果障礙物、縫或小孔都小到與照射光的波長(zhǎng)差不多或更小時(shí)，光就表現(xiàn)出明顯的衍射現(xiàn)象，在它們的后面形成泊松亮斑、明暗相間的條紋或圓環(huán)。2光是一種波，衍射是它基本的傳播方式，但在一般情況下，由于障礙物都比較大(比起光的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō))，衍射現(xiàn)象很不明顯。光的傳播可近似地看做是沿直線傳播。所以，光的直線傳播只是特殊情況。衍射是波特有的一種現(xiàn)象，光是一種波，就會(huì)發(fā)生衍射，只是有的明顯，有的不明顯而已。二、光的雙縫干涉與單縫衍射的比較干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象都是由于光波的疊加而產(chǎn)生的。對(duì)于衍射現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，小孔處的光源可以看成無(wú)數(shù)個(gè)子波源，它們?cè)诳臻g也會(huì)疊加，振動(dòng)加強(qiáng)的點(diǎn)產(chǎn)生明條紋，振動(dòng)減弱的點(diǎn)產(chǎn)生暗條紋。干涉現(xiàn)象中每一個(gè)小孔(縫)也能發(fā)生衍射，衍射現(xiàn)象中各子光源也能發(fā)生干涉，即“干中有衍，衍中有干”。我們稱雙縫為干涉，單縫或多縫為衍射。三、對(duì)單縫衍射圖樣的理解1單縫衍射圖樣：?jiǎn)紊獾膯慰p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，亮條紋的亮度和寬度迅速減小。2用單色光照射狹縫，在狹縫較寬時(shí)，屏上出現(xiàn)一條亮條紋，且縫越窄，亮條紋也越窄，因?yàn)榇藭r(shí)狹縫寬度比波長(zhǎng)大很多，光是沿直線傳播的；當(dāng)狹縫很窄時(shí)，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(dāng)狹縫更窄時(shí)，中央亮條紋更寬，兩側(cè)亮條紋離中央亮條紋更遠(yuǎn)，產(chǎn)生了明顯的衍射現(xiàn)象。縫變寬，衍射角增大，距離增大，能量消耗增大，而光能分布的范圍變寬，所以亮條紋的亮度降低。中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長(zhǎng)及單縫寬度有關(guān)，入射光波長(zhǎng)越長(zhǎng)，單縫越寬，中央亮條紋的寬度及條紋間距離就越大。用白光做單縫衍射時(shí)，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(yuǎn)離中央的是紅光。類型 光的衍射現(xiàn)象【例題】 在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是()。a將入射光由黃色換成綠色，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，衍射條紋間距變寬解析：當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯，即光偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)，條紋間距也越大；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大；光的波長(zhǎng)一定、單縫寬度也一定時(shí)，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會(huì)變寬，如圖。故選項(xiàng)a、c、d正確。答案：acd題后反思：障礙物的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比或比光的波長(zhǎng)還要小時(shí)能產(chǎn)生明顯的衍射。對(duì)同樣的障礙物，波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光，衍射現(xiàn)象越明顯；對(duì)某種波長(zhǎng)的光，障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯。觸類旁通：若人用眼睛在光屏處直接觀察，現(xiàn)象是否一樣？答案：觸類旁通提示：通過(guò)光屏觀察衍射條紋與用眼睛直接觀察衍射條紋的情況是有所不同的。當(dāng)單縫到屏的距離增大時(shí)，屏上條紋間距變大，亮度變?nèi)?，條紋數(shù)目不變(屏足夠大)；如果用眼睛直接觀察，眼睛必須靠近單縫，當(dāng)略微增大眼睛與單縫距離時(shí)，觀察到的條紋間距也會(huì)略大而條紋數(shù)目將減少。因?yàn)檠劬Φ氖芄饷婧苄?相當(dāng)于光屏很小)，所以當(dāng)眼睛與單縫的距離過(guò)大時(shí)，就觀察不到衍射條紋。1關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()。a只有障礙物或孔的尺寸可以跟光波波長(zhǎng)相比甚至比光的波長(zhǎng)還要小的時(shí)候，才能產(chǎn)生明顯的光的衍射現(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)象否定了光的直線傳播的結(jié)論d光的衍射現(xiàn)象說(shuō)明了光具有波動(dòng)性2關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()。a紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋b白光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋c光照到不透明小圓盤上，其影中心出現(xiàn)泊松亮斑，說(shuō)明發(fā)生了衍射d光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說(shuō)明光沿著直線傳播，不存在光的衍射現(xiàn)象3如圖中，甲、乙兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖像，其中圖甲是光的_(選填“干涉”或“衍射”)圖像。由此可以判斷出圖甲所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑_(選填“大于”或“小于”)圖乙所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑。4讓燭光照射到一塊遮光板上，板上有一個(gè)可自由收縮的三角形孔，當(dāng)此三角形孔緩慢地由大收縮變小直到閉合時(shí)，試分析在孔后的屏上將先后出現(xiàn)的現(xiàn)象(遮住側(cè)面光)。答案：1abd光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，而小孔成像說(shuō)明光沿直線傳播，而要出現(xiàn)小孔成像現(xiàn)象，孔不能太小，可見(jiàn)光的直線傳播規(guī)律只是特殊情況，只有在光波波長(zhǎng)比障礙物小得多的情況下，光才可以看做是直線前進(jìn)的，所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播并不矛盾，它們是在不同條件下出現(xiàn)的兩種光現(xiàn)象。2ac該題考查衍射圖樣和對(duì)衍射現(xiàn)象的理解。單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋。光照到不透明圓盤上，在其影處出現(xiàn)亮斑，是衍射現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，d項(xiàng)中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象。3解析：甲中出現(xiàn)明暗相間的條紋，是衍射現(xiàn)象，乙中出現(xiàn)圓形亮斑。只有障礙物或孔的尺寸比光波波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)相差不多時(shí)，才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。圖甲是光的衍射圖樣，由于光波波長(zhǎng)很短，約在107 m數(shù)量級(jí)，所以圖甲對(duì)應(yīng)的圓孔