物理選修3-4課件：13-5光的衍射

1、知識(shí)與技能知識(shí)與技能1知道光的衍射現(xiàn)象。知道光的衍射現(xiàn)象。2知道產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象的條件。知道產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象的條件。3知道知道“幾何光學(xué)幾何光學(xué)”中所說(shuō)的光沿直線傳播是一種中所說(shuō)的光沿直線傳播是一種近似。近似。過(guò)程與方法過(guò)程與方法1通過(guò)學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到光的直線傳播的局限性。通過(guò)學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到光的直線傳播的局限性。2通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)真正認(rèn)識(shí)光的衍射現(xiàn)象，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)真正認(rèn)識(shí)光的衍射現(xiàn)象，體會(huì)其實(shí)質(zhì)。體會(huì)其實(shí)質(zhì)。情感、態(tài)度與價(jià)值觀情感、態(tài)度與價(jià)值觀1培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力。2培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、動(dòng)手能力及分析和解決問(wèn)題培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、動(dòng)手能力及分析和解決問(wèn)題的能力。的

2、能力。1.用單色平行光照射狹縫，當(dāng)縫調(diào)到很窄時(shí)，可以發(fā)用單色平行光照射狹縫，當(dāng)縫調(diào)到很窄時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，光現(xiàn)，光_了縫的邊緣，傳播到了了縫的邊緣，傳播到了_的地方，的地方，這就是光的這就是光的_現(xiàn)象。現(xiàn)象。2光的衍射現(xiàn)象表明，我們平時(shí)說(shuō)的光的衍射現(xiàn)象表明，我們平時(shí)說(shuō)的“光沿直線傳光沿直線傳播播”只是一種只是一種_情況。光在情況。光在_障礙物的障礙物的_介質(zhì)中是沿直線傳播的；但是，在障礙物的尺寸介質(zhì)中是沿直線傳播的；但是，在障礙物的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)可以跟光的波長(zhǎng)_，甚至比光的波長(zhǎng)，甚至比光的波長(zhǎng)_的時(shí)的時(shí)候，衍射現(xiàn)象候，衍射現(xiàn)象_，這時(shí)就不能說(shuō)光沿直線傳播了。，這時(shí)就不能說(shuō)光沿直線傳播了。答案：

3、答案：1繞過(guò)相當(dāng)寬衍射繞過(guò)相當(dāng)寬衍射2特殊沒(méi)有均勻相比還小十分明顯特殊沒(méi)有均勻相比還小十分明顯知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)1 光的衍射光的衍射(1)光的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象定義：當(dāng)光照射到孔或障礙物上時(shí)，光離開(kāi)直線路定義：當(dāng)光照射到孔或障礙物上時(shí)，光離開(kāi)直線路徑繞到孔或障礙物的陰影里去的現(xiàn)象，叫做光的衍射現(xiàn)象。徑繞到孔或障礙物的陰影里去的現(xiàn)象，叫做光的衍射現(xiàn)象。特點(diǎn)：光所到達(dá)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)它沿直線傳播所應(yīng)特點(diǎn)：光所到達(dá)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)它沿直線傳播所應(yīng)到達(dá)的區(qū)域，形成明暗相間的條紋或光環(huán)。到達(dá)的區(qū)域，形成明暗相間的條紋或光環(huán)。(2)產(chǎn)生明顯衍射的條件產(chǎn)生明顯衍射的條件障礙物的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相近或比光的波長(zhǎng)還要

4、障礙物的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相近或比光的波長(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，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)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。由于波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，所以要觀察到聲象越明顯。由于波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，所以要觀察到聲波的衍射現(xiàn)象就比觀察到光波的衍射現(xiàn)象容易得多。波的衍射現(xiàn)象就比觀察到光波的衍射現(xiàn)象容易得多。注意：注意：光的衍射現(xiàn)象表明，光的直線傳播是一種近光的衍射現(xiàn)象表明，光的直線傳播是一種近似規(guī)律。實(shí)際上，在任何條件下，光通過(guò)孔或障礙物時(shí)都似規(guī)律。實(shí)際上，在任

5、何條件下，光通過(guò)孔或障礙物時(shí)都會(huì)產(chǎn)生衍射，但只有滿足一定的條件，才會(huì)發(fā)生明顯的衍會(huì)產(chǎn)生衍射，但只有滿足一定的條件，才會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。射現(xiàn)象。當(dāng)光的波長(zhǎng)比障礙物的尺寸或孔徑小得多時(shí)，光可當(dāng)光的波長(zhǎng)比障礙物的尺寸或孔徑小得多時(shí)，光可以認(rèn)為是直進(jìn)的，這時(shí)衍射現(xiàn)象不明顯。以認(rèn)為是直進(jìn)的，這時(shí)衍射現(xiàn)象不明顯。當(dāng)光的波長(zhǎng)與障礙物的尺寸或孔徑相差不多、或障當(dāng)光的波長(zhǎng)與障礙物的尺寸或孔徑相差不多、或障礙物的尺寸或孔徑比光的波長(zhǎng)小時(shí)，光的衍射現(xiàn)象才明顯，礙物的尺寸或孔徑比光的波長(zhǎng)小時(shí)，光的衍射現(xiàn)象才明顯，這時(shí)光的直線傳播就不正確了。這時(shí)光的直線傳播就不正確了?！纠纠?】對(duì)光的衍射現(xiàn)象的定性分析，下列描述

6、中正對(duì)光的衍射現(xiàn)象的定性分析，下列描述中正確的是確的是()A只有障礙物尺寸小時(shí)，光才會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象只有障礙物尺寸小時(shí)，光才會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象B衍射現(xiàn)象是光波互相疊加的結(jié)果衍射現(xiàn)象是光波互相疊加的結(jié)果C光的衍射否定了光的直線傳播的結(jié)論光的衍射否定了光的直線傳播的結(jié)論D光的衍射為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù)光的衍射為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù)【答案】【答案】B、D【解析】【解析】一切光都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只不過(guò)有明顯一切光都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只不過(guò)有明顯和不明顯之分，和不明顯之分，A項(xiàng)錯(cuò)誤；光波衍射形成明暗相間的條紋項(xiàng)錯(cuò)誤；光波衍射形成明暗相間的條紋是疊加形成的，是疊加形成的，B項(xiàng)正確；光的衍射現(xiàn)象與光

7、的直線傳播項(xiàng)正確；光的衍射現(xiàn)象與光的直線傳播并不矛盾，前者是波動(dòng)性的體現(xiàn)，后者是粒子性的體現(xiàn)，并不矛盾，前者是波動(dòng)性的體現(xiàn)，后者是粒子性的體現(xiàn)，故故C項(xiàng)錯(cuò)誤，項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。項(xiàng)正確?！舅季S點(diǎn)悟】【思維點(diǎn)悟】本題全面考查了光的衍射現(xiàn)象，包括產(chǎn)本題全面考查了光的衍射現(xiàn)象，包括產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，衍射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)和衍射現(xiàn)象是波生明顯衍射現(xiàn)象的條件，衍射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)和衍射現(xiàn)象是波動(dòng)性的體現(xiàn)。動(dòng)性的體現(xiàn)。對(duì)應(yīng)練習(xí)對(duì)應(yīng)練習(xí)1光的衍射現(xiàn)象，下面說(shuō)法正確的是光的衍射現(xiàn)象，下面說(shuō)法正確的是()A紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋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白光的

8、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(pán)上出現(xiàn)泊松亮斑，說(shuō)明發(fā)生光照到不透明小圓盤(pán)上出現(xiàn)泊松亮斑，說(shuō)明發(fā)生了衍射了衍射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，不存在光的衍射傳播，不存在光的衍射解析：解析：?jiǎn)紊庹盏姜M縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮暗相間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。光照到不透明圓的直條紋。白光的衍射圖樣是彩色條紋。光照到不透明圓盤(pán)上，在其陰影處出現(xiàn)亮點(diǎn)，是衍射現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象盤(pán)上，在其陰影處出現(xiàn)亮點(diǎn)，是衍射現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，只有明顯與不明顯之分，D項(xiàng)中屏上

9、大光斑的邊緣模糊，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。正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象。答案：答案：A、C知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2 衍射光柵衍射光柵(1)單縫衍射的條紋比較寬，而且距中央亮條紋較遠(yuǎn)的單縫衍射的條紋比較寬，而且距中央亮條紋較遠(yuǎn)的條紋，亮度也較低。因此單縫衍射達(dá)不到實(shí)用要求。條紋，亮度也較低。因此單縫衍射達(dá)不到實(shí)用要求。(2)實(shí)驗(yàn)表明，如果增加狹縫的個(gè)數(shù)，衍射條紋的寬度實(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。制成的。注意：注意：日常生活中

10、，我們的睫毛，鵝、鴨的翎毛都可日常生活中，我們的睫毛，鵝、鴨的翎毛都可以充當(dāng)衍射光柵。以充當(dāng)衍射光柵?！纠纠?】在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是在單縫衍射實(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，衍射條紋間距變寬增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬圖圖1351【答案】【答案】A、C、D【解析】【解析】當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，

11、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；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；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定、單縫寬度也一定時(shí)，增大紋間距越大；當(dāng)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)變寬單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會(huì)變寬(如圖如圖1351所示所示)。故選項(xiàng)。故選項(xiàng)A、C、D正確。正確?！舅季S點(diǎn)悟】【思維點(diǎn)悟】通過(guò)光屏觀察衍射條紋與用眼睛直接觀通過(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

12、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)目不變時(shí)，屏上條紋間距變大，亮度變?nèi)?，條紋數(shù)目不變(屏足屏足夠大夠大)；如果用眼睛直接觀察，眼睛必須靠近單縫，當(dāng)略；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l紋數(shù)目將減少。因?yàn)檠劬Φ氖芄饷婧苄?相當(dāng)于光屏很相當(dāng)于光屏很小小)，所以當(dāng)眼睛與單縫的距離過(guò)大時(shí)，就觀察不到衍射，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。條紋。對(duì)應(yīng)練習(xí)對(duì)應(yīng)練習(xí)2某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，利

13、用游標(biāo)尺兩腳間某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，利用游標(biāo)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(diǎn)，你認(rèn)形成的狹縫觀察光的衍射現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)，你認(rèn)為正確的是為正確的是()A若狹縫與燈泡平行，衍射條紋與狹縫平行若狹縫與燈泡平行，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)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(zhǎng)有關(guān)衍射條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)解析：解析：若狹縫與線狀燈平行，衍射條紋與狹縫平行且若狹縫與線狀燈平行，衍射條紋與狹縫平行且現(xiàn)象明顯，衍射條紋的疏密程度與縫寬有關(guān)，狹縫越小，現(xiàn)

14、象明顯，衍射條紋的疏密程度與縫寬有關(guān)，狹縫越小，條紋越疏；條紋間距與波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，間距越大。條紋越疏；條紋間距與波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，間距越大。答案：答案：A、C、D1.衍射現(xiàn)象與干涉現(xiàn)象的比較衍射現(xiàn)象與干涉現(xiàn)象的比較種類種類項(xiàng)目項(xiàng)目單縫衍射單縫衍射雙縫干涉雙縫干涉不不同同點(diǎn)點(diǎn)產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小，任何光只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生都能發(fā)生頻率相同的兩列光波相遇疊加頻率相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋寬度相等條紋間距條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距各相鄰條紋等間距亮度亮度中央條紋最亮，

15、兩邊變暗中央條紋最亮，兩邊變暗清晰條紋，亮度基本相等清晰條紋，亮度基本相等相同點(diǎn)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有明暗相間的條紋【例【例3】抽制細(xì)絲時(shí)可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖抽制細(xì)絲時(shí)可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖1352所示，激光束越過(guò)細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的條紋和它通過(guò)遮光板所示，激光束越過(guò)細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的條紋和它通過(guò)遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則()圖圖1352這是利用光的干涉現(xiàn)象這是利用光的干涉現(xiàn)象這是利用光的衍射現(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

16、變粗了如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗了如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)了如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)了ABC D【答案】【答案】B【解析】【解析】上述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件，故上述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件，故正正確；由衍射產(chǎn)生的條件可知：絲越細(xì)衍射越明顯，故確；由衍射產(chǎn)生的條件可知：絲越細(xì)衍射越明顯，故也也正確。正確。2光的直線傳播是一種近似的規(guī)律光的直線傳播是一種近似的規(guī)律光的直線傳播是一種近似的規(guī)律，具體從以下兩個(gè)方光的直線傳播是一種近似的規(guī)律，具體從以下兩個(gè)方面去理解：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)是按多數(shù)情況下，光照到較大的障礙物或小孔上時(shí)是

17、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。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)差不多如果障礙物、縫或小孔都小到與照射光的波長(zhǎng)差不多(或或更小更小)，光就表現(xiàn)出明顯的衍射現(xiàn)象，在它們的后面形成，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、亮暗相間的條紋或圓環(huán)。泊松亮斑、亮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情況下，由于障礙物都比較大(比起光的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)比起光的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō))，衍射，衍射現(xiàn)象很不明顯。光的傳播可以近似地看作是沿

18、直線傳播。現(xiàn)象很不明顯。光的傳播可以近似地看作是沿直線傳播。所以，光的直線傳播只是近似規(guī)律。所以，光的直線傳播只是近似規(guī)律。為什么用紅色的信號(hào)作為交通信號(hào)燈的停止信號(hào)呢？為什么用紅色的信號(hào)作為交通信號(hào)燈的停止信號(hào)呢？在十字路口為什么用紅色燈作為停止的信號(hào)燈呢？在十字路口為什么用紅色燈作為停止的信號(hào)燈呢？停止信號(hào)燈之所以選擇紅色，一方面，就是我們的眼停止信號(hào)燈之所以選擇紅色，一方面，就是我們的眼睛對(duì)紅色比較敏感，其敏感度超過(guò)藍(lán)色或綠色；另一方面睛對(duì)紅色比較敏感，其敏感度超過(guò)藍(lán)色或綠色；另一方面主要是在可見(jiàn)光中紅色光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，容易透射空氣中的主要是在可見(jiàn)光中紅色光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，容易透射空氣中的水霧和煙塵，即波動(dòng)性較強(qiáng)，靠衍射現(xiàn)象繞過(guò)水霧和煙塵。水霧和煙塵，即波動(dòng)性較強(qiáng)，靠衍射現(xiàn)象繞過(guò)水霧和煙塵。而其他的光波波長(zhǎng)較短，容易受到空氣中浮動(dòng)的粒子擾亂，而其他的光波波長(zhǎng)較短，容易受到空氣中浮動(dòng)的粒子擾亂，因此紅光比其他各種顏色的光更容易透過(guò)空氣傳到遠(yuǎn)方。因此紅光比其他各種顏色的光更容易透過(guò)空氣傳到遠(yuǎn)方。我們知道，太陽(yáng)發(fā)出的光包含紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、我們知道，太陽(yáng)發(fā)出的光包含紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種單色光，而在早晨日出時(shí)，我們看到紅紅的太陽(yáng)，紫