2023-2024學(xué)年人教版選擇性必修第一冊 4-5 光的衍射 學(xué)案

5光的衍射[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道光的衍射現(xiàn)象，了解產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件(重點(diǎn))。2.知道衍射條紋的特點(diǎn)，會(huì)區(qū)分衍射條紋和干涉條紋(重難點(diǎn))。一、光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當(dāng)縫很________時(shí)，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了____________的地方。這就是光的衍射現(xiàn)象。2．各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生____，致使影的輪廓____________________，出現(xiàn)________________的條紋。3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：在障礙物或狹縫的尺寸足夠____________的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯。有同學(xué)說：“光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播，光不再發(fā)生衍射現(xiàn)象”，這種說法對(duì)嗎？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________三種衍射圖樣的特點(diǎn)：1．單縫衍射(1)單色光通過狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋。(2)波長一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時(shí)，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大。2.圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時(shí)，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。如圖所示。(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。(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時(shí)亮度越弱。(3)用不同單色光照射圓孔時(shí)，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮斑的直徑越大。(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色的同心圓環(huán)。3．圓板衍射(泊松亮斑)(1)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)在影的中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑。衍射圖樣如圖所示。(2)中央是亮斑(與圓孔衍射圖樣中心亮斑比較，泊松亮斑較小)，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。(1)衍射條紋和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的。()(2)只有波長長的光才發(fā)生衍射現(xiàn)象。()(3)白光的單縫衍射圖樣是黑白相間的直條紋。()例1(2023·江蘇南通市高二期中)太陽光照射一塊遮光板，遮光板上有一個(gè)大的三角形孔，太陽光透過這個(gè)孔，在光屏上形成一個(gè)三角形光斑。當(dāng)遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時(shí)，光屏上會(huì)呈現(xiàn)①圓形光斑；②三角形光斑；③明暗相間的衍射條紋，則()A．光屏上先后呈現(xiàn)的圖樣順序是①②③B．光屏上先后呈現(xiàn)的圖樣順序是①③②C．由于光的直線傳播產(chǎn)生的圖樣有①②D．由于光的直線傳播產(chǎn)生的圖樣有②③例2如圖所示，甲、乙、丙、丁四幅圖是不同的單色光通過同一雙縫或單縫形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點(diǎn)可以得出的正確結(jié)論是()A．甲、乙是光的衍射圖樣B．丙、丁是光的衍射圖樣C．形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長短D．形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣的光的波長短針對(duì)訓(xùn)練(2022·連云港市高二期末)如圖所示，甲、乙、丙、丁四個(gè)圖是單色光形成的干涉或衍射圖樣，根據(jù)各圖樣的特點(diǎn)可知()A．甲圖是光的衍射圖樣B．乙圖是光的干涉圖樣C．丙圖是光射到圓孔后的干涉圖樣D．丁圖是光射到圓板后的衍射圖樣單縫衍射與雙縫干涉的比較種類項(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例3(2023·江蘇淮安市高二期中)抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同。觀察光束經(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化，下列敘述中正確的是()A．這里應(yīng)用的是光的直線傳播現(xiàn)象B．這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)二、衍射光柵1．構(gòu)成衍射光柵是由許多________的狹縫____________地排列起來形成的光學(xué)元件。2．原理增加狹縫的個(gè)數(shù)，衍射條紋的寬度將變____________，亮度將________。3．透射光柵和反射光柵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________光柵。如果在高反射率的金屬上刻痕，就可以做成________光柵。例4關(guān)于衍射光柵，下列說法正確的是()A．衍射光柵是由許多不等寬的狹縫組成的B．減少狹縫的個(gè)數(shù)，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將會(huì)增強(qiáng)C．透射光柵中有刻痕的部分相當(dāng)于透光的狹縫D．當(dāng)光通過光柵時(shí)，每個(gè)狹縫均起到單縫衍射的作用5光的衍射[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道光的衍射現(xiàn)象，了解產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件(重點(diǎn))。2.知道衍射條紋的特點(diǎn)，會(huì)區(qū)分衍射條紋和干涉條紋(重難點(diǎn))。一、光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當(dāng)縫很窄時(shí)，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當(dāng)寬的地方。這就是光的衍射現(xiàn)象。2．各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現(xiàn)明暗相間的條紋。3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：在障礙物或狹縫的尺寸足夠小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯。有同學(xué)說：“光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播，光不再發(fā)生衍射現(xiàn)象”，這種說法對(duì)嗎？答案不對(duì)。衍射現(xiàn)象一定會(huì)發(fā)生，大光斑說明光是沿直線傳播的，衍射現(xiàn)象不明顯，但大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的。三種衍射圖樣的特點(diǎn)：1．單縫衍射(1)單色光通過狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋。(2)波長一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時(shí)，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大。2.圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時(shí)，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。如圖所示。(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。(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時(shí)亮度越弱。(3)用不同單色光照射圓孔時(shí)，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮斑的直徑越大。(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色的同心圓環(huán)。3．圓板衍射(泊松亮斑)(1)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)在影的中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑。衍射圖樣如圖所示。(2)中央是亮斑(與圓孔衍射圖樣中心亮斑比較，泊松亮斑較小)，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。(1)衍射條紋和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的。(×)(2)只有波長長的光才發(fā)生衍射現(xiàn)象。(×)(3)白光的單縫衍射圖樣是黑白相間的直條紋。(×)例1(2023·江蘇南通市高二期中)太陽光照射一塊遮光板，遮光板上有一個(gè)大的三角形孔，太陽光透過這個(gè)孔，在光屏上形成一個(gè)三角形光斑。當(dāng)遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時(shí)，光屏上會(huì)呈現(xiàn)①圓形光斑；②三角形光斑；③明暗相間的衍射條紋，則()A．光屏上先后呈現(xiàn)的圖樣順序是①②③B．光屏上先后呈現(xiàn)的圖樣順序是①③②C．由于光的直線傳播產(chǎn)生的圖樣有①②D．由于光的直線傳播產(chǎn)生的圖樣有②③答案C解析發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：光波傳播過程中碰到的障礙物或者小孔要比波長小或者差不多。由于光波波長很短，當(dāng)遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時(shí)，由于光在小孔較大的情況下沿直線傳播，所以一開始是三角形光斑，當(dāng)小孔較小時(shí)呈圓形光斑；由于光波波長很短，在小孔接近閉合時(shí)會(huì)出現(xiàn)衍射條紋，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。例2如圖所示，甲、乙、丙、丁四幅圖是不同的單色光通過同一雙縫或單縫形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點(diǎn)可以得出的正確結(jié)論是()A．甲、乙是光的衍射圖樣B．丙、丁是光的衍射圖樣C．形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長短D．形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣的光的波長短答案B解析干涉條紋是等間距的條紋，因此題圖甲、乙是干涉圖樣，題圖丙、丁是衍射圖樣，故B正確，A錯(cuò)誤；由Δx＝eq\f(l,d)λ可知，條紋寬的入射光的波長長，所以形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長長，故C錯(cuò)誤；形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣的光的波長長，故D錯(cuò)誤。針對(duì)訓(xùn)練(2022·連云港市高二期末)如圖所示，甲、乙、丙、丁四個(gè)圖是單色光形成的干涉或衍射圖樣，根據(jù)各圖樣的特點(diǎn)可知()A．甲圖是光的衍射圖樣B．乙圖是光的干涉圖樣C．丙圖是光射到圓孔后的干涉圖樣D．丁圖是光射到圓板后的衍射圖樣答案D解析題圖甲中條紋間距相等，是光的雙縫干涉圖樣，故A錯(cuò)誤；題圖乙中中間亮條紋最寬，向外條紋變窄，間距變小，是光的單縫衍射圖樣，故B錯(cuò)誤；題圖丙為圓孔衍射圖樣，故C錯(cuò)誤；題圖丁是光射到圓板后的衍射圖樣(泊松亮斑)，故D正確。單縫衍射與雙縫干涉的比較種類項(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例3(2023·江蘇淮安市高二期中)抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同。觀察光束經(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化，下列敘述中正確的是()A．這里應(yīng)用的是光的直線傳播現(xiàn)象B．這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)答案D解析當(dāng)障礙物的尺寸與波的波長相當(dāng)，或小于波的波長，會(huì)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，該裝置的原理是運(yùn)用光的衍射現(xiàn)象，如果屏上條紋變寬，則纖維細(xì)絲變細(xì)，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。二、衍射光柵1．構(gòu)成衍射光柵是由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學(xué)元件。2．原理增加狹縫的個(gè)數(shù)，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將增加。3．透射光柵和反射光柵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。如果在高反射率的金屬上刻痕，就可以做