高中物理第章光的干涉衍射偏振第節(jié)光的衍射教學(xué)案魯科版選修

1、第2節(jié) 光的衍射1光通過很窄的障礙物、縫或很小的孔時，不再沿直線傳播，即發(fā)生了衍射現(xiàn)象。2當(dāng)小孔或障礙物的尺寸比光的波長小或跟波長差不多時，會產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。3光學(xué)儀器上用的透鏡相當(dāng)于一個圓孔，透鏡直徑越小，產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)越低。衍射現(xiàn)象自讀教材·抓基礎(chǔ)1衍射現(xiàn)象光在傳播過程中，遇到障礙物或小孔時，光不再沿直線傳播，而是繞到原來應(yīng)該是陰影的范圍之內(nèi)；當(dāng)小孔的直徑取某些特定值時，在圓形亮斑的中心還會出現(xiàn)一個黑斑。這種現(xiàn)象稱為光的衍射。2明顯衍射條件在障礙物或小孔的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯。跟隨名師·解疑難 1.單縫衍射的圖樣

2、有哪些特點？(1)中央條紋亮而寬。如圖5­2­1所示。(2)兩側(cè)亮紋具有對稱性，亮紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱。(3)波長一定時，單縫較窄的中央條紋較寬，各條紋間距較寬；單縫寬度不變時，光波波長較長的中央條紋較寬，各條紋間距較寬。(4)白光的單縫衍射條紋是中央為白色亮紋，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近白色亮紋的條紋內(nèi)側(cè)為紫色。圖5­2­12圓孔衍射的圖樣有哪些特點？(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。如圖5­2­2所示。圖5­2­2(2)用不同色

3、光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越長，中央圓形亮斑的直徑越大。(3)同一種單色光，圓孔越小，中央亮斑半徑越大，同時亮度越弱。(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環(huán)。(5)只有當(dāng)圓孔足夠小時，才能得到明顯的衍射圖樣，在圓孔由較大直徑逐漸減小的過程中，光屏依次得到幾種不同現(xiàn)象圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)、完全黑暗。3圓盤衍射的圖樣又有哪些特點？ (1)圓盤衍射圖樣的中央有個亮斑泊松亮斑，外側(cè)為明、暗相間的同心圓，且亮度越來越暗，亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨著半徑的增大而減小，如圖5­2­3所

4、示。圖5­2­3(2)多數(shù)情況下，光照到較大的障礙物或孔上時是按照直線傳播的規(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差不多(或更小)，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)。特別提醒光遇小孔、單縫或障礙物時，衍射現(xiàn)象只有明顯不明顯之分，無發(fā)生不發(fā)生之別。學(xué)后自檢(小試身手)下列說法不正確的是()a當(dāng)光的波長比圓孔的直徑大時，可以產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象b衍射現(xiàn)象的研究表明“光沿直線傳播”只是一種近似規(guī)律c用平行的單色光垂直照射不透明的小圓板，在圓板的后面發(fā)現(xiàn)圓板陰影中心處有一亮斑，這是光的干涉現(xiàn)象d隔著帳幔

5、看遠處的燈，見到燈周圍隔射彩色的光芒，這是光的衍射現(xiàn)象解析：選c產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是光波的波長與障礙物的尺寸相近，而一般物體的尺寸比光波的波長大得多，所以a、b正確；用平行的單色光垂直照射不透明的小圓板，在圓板的后面發(fā)現(xiàn)圓板陰影中心處有一亮斑，這是著名的泊松亮斑，是光的衍射現(xiàn)象，c錯誤；遠處燈發(fā)出的光經(jīng)過帳幔的縫隙產(chǎn)生衍射，因此可見燈周圍輻射彩色的光芒，d正確。衍射對分辨本領(lǐng)的影響1.一個光學(xué)儀器的分辨率本領(lǐng)是指將兩個相互靠近的物體的像分離開來的能力。2光學(xué)顯微鏡和望遠鏡等光學(xué)儀器，其透鏡就相當(dāng)于圓孔，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。學(xué)后自檢(小試身手)障礙物或孔的尺寸

6、不同，光的一些行為有所不同，光的波長不同，發(fā)生的一些光行為也不同，下列說法中正確的是()a波長越長的光，越容易發(fā)生衍射，因此要提高光學(xué)儀器的分辨率應(yīng)盡量使用波長大的光或口徑小的透鏡b波長越短的光，衍射越不明顯，越容易沿直線傳播，因此遙感衛(wèi)星應(yīng)盡可能利用波長短的光c小孔成像的原理是光的直線傳播，小孔衍射的原理也是光的直線傳播d小孔成像遵守光路可逆原理，單縫衍射和雙縫干涉不遵守光路可逆解析：選d提高光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)應(yīng)減少衍射影響，所以要利用波長短的光或口徑大的透鏡，故a錯；衛(wèi)星遙感要克服大氣層對光的遮擋作用，因此應(yīng)使用波長長的紅外線，故b錯；小孔衍射是一種衍射現(xiàn)象，不遵守光的直線傳播規(guī)律，也不遵

7、守光路可逆原理，故c錯，d對。衍射光柵1.結(jié)構(gòu)有許多等寬的狹縫等距離排列起來形成光學(xué)元件。狹縫的個數(shù)越多，衍射條紋的寬度越窄，亮度越高。2衍射圖樣的特點與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。3衍射光柵的種類反射光柵和透射光柵。學(xué)后自檢(小試身手)孔雀開屏?xí)r羽毛上形成閃爍絢麗的色彩，瀑布在陽光下呈現(xiàn)的彩虹以及通過狹縫觀察發(fā)光的日光燈時看到的彩色條紋，這些現(xiàn)象分別屬于()a光的干涉、色散和衍射現(xiàn)象b光的干涉、衍射和色散現(xiàn)象c光的衍射、色散和干涉現(xiàn)象d光的衍射、干涉和色散現(xiàn)象解析：選a孔雀細密的羽毛就像有規(guī)律地排列在一起的反射光柵，使多束反射光相互干涉。瀑布濺起的小水滴相當(dāng)于棱鏡，在陽光下呈

8、現(xiàn)的彩虹是色散現(xiàn)象。通過狹縫觀察發(fā)光的日光燈時看到的彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象，故a正確。對衍射圖樣的考查典題例析1.在一次觀察光的衍射的實驗中，觀察到如圖5­2­4所示的清晰的明暗相間的圖樣，那么障礙物應(yīng)是(黑線為暗線)()圖5­2­4a很小的不透明的圓板b很大的中間有大圓孔的不透明的圓板c很大的不透明的圓板d很大的中間有小圓孔的不透明的圓板思路點撥(1)知道圓孔衍射和圓板衍射的圖樣特點。(2)能夠分辨兩種衍射圖樣。解析：圖樣為清晰的衍射圖樣，故b錯；圖樣中心為亮斑，說明障礙物為d；若為a，則中央有一個小亮點，亮點外為大暗環(huán)；若為c，則圖樣為大暗斑，只是邊

9、緣稍模糊。答案：d探規(guī)尋律區(qū)分圓孔衍射和不透光圓盤衍射的圖樣中心圓心處為小亮斑(即泊松亮斑)且中心圓環(huán)為較寬的暗環(huán)時為圓盤衍射；若中心為大的圓形亮斑，中心圓環(huán)為細而窄的暗紋時為圓孔衍射。跟蹤演練某同學(xué)使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05 mm的窄縫，進行光的衍射實驗，如圖5­2­5所示，則他在光屏上看到的條紋是()圖5­2­5圖5­2­6解析：選b單縫衍射條紋中間寬，兩側(cè)越來越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故b對。單縫衍射與雙縫干涉典題例析2如圖5­2­7所示是4幅明暗相間的條紋圖樣

10、，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是()圖5­2­7a紅黃藍紫b紅紫藍黃c藍紫紅黃 d藍黃紅紫思路點撥看條紋寬度確定是干涉還是衍射條紋間距解析：雙縫干涉條紋是等間距的條紋，單縫衍射條紋是中間最寬、兩邊越來越窄的條紋，因此1、3是干涉條紋，2、4是衍射條紋。干涉條紋中，光的波長越長，條紋越寬，因此1是紅光，3是藍光。同一單縫衍射中，波長越長，條紋越寬，因此2是紫光，4是黃光。答案：b探規(guī)尋律單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點產(chǎn)生條

11、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，兩邊最暗條紋清晰，亮度基本相等相同點成因明暗相間的條紋，都是光波疊加時加強或削弱的結(jié)果意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波跟蹤演練(上海高考)如圖5­2­8為紅光或紫光通過雙縫或單縫所呈現(xiàn)的圖樣，則()圖5­2­8a甲為紫光的干涉圖樣b乙為紫光的干涉圖樣c丙為紅光的干涉圖樣d丁為紅光的干涉圖樣解析：選b對于干涉條紋，明條紋和暗條紋在比較多的條數(shù)之內(nèi)都保持寬度相等，且波長越大，條紋越寬；對于衍射條紋

12、，條紋寬度中間大，兩邊逐漸減小。由于紅光波長大于紫光波長，故紅光條紋比紫光條紋寬，因此甲是紅光干涉圖樣，乙是紫光干涉圖樣，丙是紅光衍射圖樣，丁是紫光衍射圖樣，故選項b對，a、c、d錯。課堂雙基落實1關(guān)于衍射，下列說法錯誤的是()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雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象c一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象d影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實解析：選d衍射圖樣是很復(fù)雜的光波疊加現(xiàn)象，雙縫干涉中光通過三個狹縫時均發(fā)生衍射現(xiàn)象，一般現(xiàn)象中既有干涉又有衍射。一切波都能發(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。2春季我國沙塵天氣較多，沙塵暴是由于土地沙

13、化引起的一種惡劣的氣象現(xiàn)象。發(fā)生沙塵暴時能見度只有幾十米，天空變黃發(fā)暗，這是由于在這種情況下()a只有波長較短的一部分光才能到達地面b只有波長較長的一部分光才能到達地面c只有頻率較大的一部分光才能到達地面d沒有光能夠到達地面解析：選b發(fā)生沙塵暴時，由于沙塵懸浮在空中，只有波長較長的一部分光通過衍射才能到達地面。故選項b正確。3單色光源發(fā)出的光經(jīng)一狹縫，照射到光屏上，在圖5­2­9中可觀察到的圖象是()圖5­2­9解析：選a光的雙縫干涉條紋是等間距、等寬度的明暗相間的條紋，而在光的單縫衍射圖樣中，中間是寬度最大最亮的亮條紋，在中央條紋兩邊的亮條紋寬度越來越

14、小，亮度也越來越低，故a正確。4如圖5­2­10所示，a、b兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖樣，其中圖a是光的_(填“干涉”或“衍射”)圖樣。由此可以判斷出圖a所對應(yīng)的圓孔的孔徑_(填“大于”或“小于”)圖b所對應(yīng)的圓孔的孔徑。圖5­2­10解析：題圖a中出現(xiàn)明暗相間的條紋，是衍射現(xiàn)象，題圖b中出現(xiàn)圓形亮斑。只有障礙物或孔的尺寸比光波的波長小或跟波長相差不多時，才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。題圖a是光的衍射圖樣，由于光波波長很短，約在107 m數(shù)量級上，所以題圖a對應(yīng)的圓孔的孔徑比題圖b所對應(yīng)的圓孔的孔徑小。題圖b的形成可以用光的直線傳播解釋。 答案：

15、衍射小于課下綜合檢測(時間：30分鐘滿分：60分)一、選擇題(共8小題，每小題5分，共40分，每小題只有一個選項正確。)1(大綱版全國卷)下列現(xiàn)象中，屬于光的衍射的是()a雨后天空出現(xiàn)彩虹b通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋c海市蜃樓現(xiàn)象d日光照射在肥皂膜上出現(xiàn)彩色條紋解析：選b本題考查光的衍射現(xiàn)象，意在考查考生對衍射現(xiàn)象的基本理解。雨后的彩虹是光的色散，則a錯誤；通過一個狹縫觀察到的彩色條紋屬于光的衍射，則b正確；海市蜃樓是全反射和折射，則c錯誤；日光下的肥皂膜出現(xiàn)的彩色條紋是薄膜干涉現(xiàn)象，則d錯誤。2用單色光分別通過小圓盤與小圓孔做衍射實驗時，在光屏上得到衍射圖樣，它們的特點是()a用前

16、者做實驗時中央是暗的，用后者做實驗時中央是亮的b用前者做實驗時中央是亮的，用后者做實驗時中央是暗的c中央均為亮點的同心圓形條紋d中央均為暗點的同心圓形條紋解析：選c小孔衍射和圓盤衍射，圖樣中央均為加強點，故中央均為亮點，周圍是以亮點為圓心的圓形條紋，故c正確，a、b、d均錯誤。3觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2 mm逐漸增大到0.8 mm，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d以上現(xiàn)象都不會發(fā)生解析：選a觀察衍射圖樣發(fā)現(xiàn)：狹縫的寬度逐漸變小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋間距變大。本題是縫寬增大，

17、所以選項a正確。4在光的單縫衍射實驗中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣，下列四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是()圖1aa、cbb、cca、d db、d解析：選d單縫衍射條紋的特點是中央亮條紋最寬、最亮，雙縫干涉條紋是等間距的條紋，所以a是干涉條紋，b、d是單縫衍射條紋，c是小孔衍射圖樣。5在一個發(fā)光的小電珠和光屏之間放一個大小可以調(diào)節(jié)的圓形孔屏，在圓孔從較大調(diào)至完全閉合的過程中，在屏上看到的現(xiàn)象是()a先是圓形亮區(qū)，最后完全黑暗b先是圓形亮區(qū)，再是圓形亮環(huán)，最后完全黑暗c先是圓形亮環(huán)，最后完全黑暗d先是圓形亮環(huán)，然后圓形亮區(qū)，最后完全黑暗解析：選b在圓孔由大到小調(diào)節(jié)過程中，當(dāng)孔較大時，光沿直線傳

18、播，在屏上得到圓形亮斑；當(dāng)孔的直徑減小到與光波的波長相近時，產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象，屏上將出現(xiàn)明、暗相間的亮環(huán)，當(dāng)孔繼續(xù)減少到完全閉合，沒有光到達屏上時，屏上完全黑暗。6抽制細絲時可以用激光監(jiān)控其粗細，如圖2所示，激光束越過細絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則()圖2這是利用光的干涉現(xiàn)象這是利用光的衍射現(xiàn)象如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲粗了如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲細了abc d解析：選b本題考查發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，上述現(xiàn)象符合光的明顯衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，故正確；由明顯衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件可知：絲越細衍射現(xiàn)象越明顯，故正確。7用點光源發(fā)出的光照射一個障礙物，在屏上形

19、成的陰影的邊緣部分模糊不清，產(chǎn)生的原因是()a光的反射 b光的折射c光的干涉 d光的衍射解析：選d光發(fā)生衍射后會分散在一個區(qū)域內(nèi)，這個區(qū)域都有部分光到達也就會出現(xiàn)不明不暗模糊不清的現(xiàn)象。8平行光通過小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較，下列說法 中正確的有()a在衍射圖樣的中心都是亮斑b泊松亮斑中心亮點周圍的暗環(huán)較寬c小孔衍射的圖樣的中心是暗斑，泊松亮斑圖樣的中心是亮斑d小孔衍射圖樣中亮、暗條紋間的間距是均勻的，泊松亮斑圖樣中亮、暗條紋間的間距是不均勻的解析：選ab小孔衍射的圖樣是中心亮點，向外依次為明暗相間的環(huán)狀條紋；泊松亮斑的圖樣是中心亮點，向外是圓板的黑影，再向外是明暗相間的環(huán)狀條紋。二、非選擇題(共2小題，共20分)9(1