第5章 第3節(jié)　光的衍射-同步新教材魯科版（2019）高中物理選擇性必修第一冊講義

第3節(jié)光的衍射學(xué)習(xí)目標1.[物理觀念]知道光的衍射現(xiàn)象，明確產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件．2.[科學(xué)方法]知道光的衍射條紋與干涉條紋的區(qū)別．3.[科學(xué)態(tài)度與責任]了解衍射對分辨本領(lǐng)的影響和衍射光柵．一、衍射現(xiàn)象1．光的衍射定義光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射．2．衍射現(xiàn)象分類(1)圓孔衍射(2)單縫衍射(3)邊緣衍射(4)泊松亮斑3．光的明顯衍射的條件只有當障礙物或孔的尺寸接近光的波長時，衍射才是明顯的．二、衍射對分辯本領(lǐng)的影響及衍射光柵1．一個光學(xué)儀器的分辨本領(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，其透鏡就相當于小圓孔，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．3．衍射光柵(1)定義在兩個螺桿上繃上許多平行的細金屬線，或者在玻璃片上刻上許多均勻的細槽．因為它有類似柵欄的形狀，所以被稱為衍射光柵．衍射光柵可分為透射光柵和反射光柵．(2)光柵衍射的圖樣①在接收屏上得到的光柵衍射圖樣是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果．②光柵衍射的亮條紋的寬度比單縫衍射時窄得多．1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)衍射和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的． (×)(2)所有光都能發(fā)生衍射現(xiàn)象． (√)(3)顯微鏡的鏡頭越小其分辨本領(lǐng)越低． (√)(4)多縫干涉的結(jié)果使光柵衍射的寬度比單縫衍射時更寬． (×)2．(多選)關(guān)于衍射，下列說法正確的是()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．一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實AB[衍射圖樣是復(fù)雜的光波的疊加現(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于波長的條件，故A、B正確，C、D錯誤．]3．點光源照在一個剃須刀片上，在屏上形成了它的影子，其邊緣較為模糊，原因是()A．光的反射 B．光強太小C．光的干涉 D．光的衍射D[在刀片邊緣有部分光繞過障礙物進入到陰影中去，從而看到影子的邊緣模糊，光繞過障礙物偏離直線傳播是光的衍射．D選項正確．]光的衍射取3塊不透光的板，在每塊板的中間各開1個圓孔，3塊板所開的圓孔大小不一．先用點光源照射圓孔最大的那塊板，在屏上會出現(xiàn)一個明亮的圓形光斑圖a；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖b；最后用圓孔最小(直徑約為1mm)的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖c.(1)屏上圖b產(chǎn)生了什么現(xiàn)象？(2)比較屏上圖b和圖c，說明了什么？提示：(1)衍射現(xiàn)象．(2)孔越小，衍射現(xiàn)象越明顯．1．單縫衍射圖樣(1)中央條紋最亮，越向兩邊越暗；條紋間距不等，越靠外，條紋間距越小，中央條紋最寬，兩邊條紋寬度變窄．(2)縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮條紋的亮度降低．(3)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)，入射光波長越大，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大．(4)用白光做單縫衍射實驗時，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．2．圓孔衍射圖樣(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，如圖所示．(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．(3)用不同色光照射圓孔時，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，周圍是彩色同心圓環(huán)．(5)只有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，光屏上依次得到幾種不同的現(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)．3．不透明的小圓板衍射圖樣(泊松亮斑)(1)中央是亮斑．(2)形成泊松亮斑時，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)．(3)周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減?。纠?】對于單縫衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．縫的寬度d越小，衍射條紋越亮B．縫的寬度d越小，衍射現(xiàn)象越明顯C．縫寬度d越小，光傳播路線越接近直線D．入射光的波長越短，衍射現(xiàn)象越明顯B[單縫衍射現(xiàn)象中，波長越長越容易衍射，中央亮紋越寬，所以d減小，相對波長變長，因此衍射現(xiàn)象越明顯，B對．縫寬度d越小，越體現(xiàn)光子的隨機性，衍射越明顯，入射光的波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，所以答案為B.]eq\o([跟進訓(xùn)練])1．(多選)在觀察光的衍射實驗中，分別觀察到如圖甲、乙所示的清晰的明暗相間的圖樣，圖中黑線為暗紋．那么障礙物應(yīng)是()甲乙A．甲圖對應(yīng)的障礙物應(yīng)是小圓孔B．甲圖對應(yīng)的障礙物是小圓板C．乙圖對應(yīng)的障礙物應(yīng)是小圓板D．乙圖對應(yīng)的障礙物是小圓孔AC[比較兩圖，它們的背景明顯不同，甲圖的背景為黑色陰影，說明障礙物應(yīng)是很大的不透明擋板，中間有透光并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋，說明擋板的中間有小圓孔；乙圖的背景為白色，說明周圍沒有障礙物，中間有不透光圓形陰影，并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋，說明中間存在很小的不透明圓板，乙圖正中央的小亮點是泊松亮斑．故A、C正確，B、D錯誤．]單縫衍射、雙縫干涉的比較如圖甲是光的干涉圖樣，如圖乙是光的衍射圖樣，在條紋寬度和條紋間距方面有什么不同？提示：甲圖條紋寬度相等，乙圖不等．甲圖條紋間距等距，乙圖不等．單縫衍射與雙縫干涉的比較名稱單縫衍射雙縫干涉不同點產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小，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，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相等相同點成因都有明暗相間的條紋，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【例2】如圖所示的4種明暗相間的條紋，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)．則在下面的四個圖中從左往右排列，哪個圖是黃光形成的條紋()ABCDD[雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，故A、C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；單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而波長越長，中央亮條紋越粗，故B、D是衍射圖樣，紫光波長較短，則中央亮條紋較細，故B是紫光的衍射條紋，D是黃光的衍射條紋．故選D.]區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法(1)根據(jù)條紋的寬度區(qū)分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的，而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，而兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄．(2)根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分：雙縫干涉條紋，從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很小，而單縫衍射條紋的中央亮紋最亮，而兩側(cè)的亮紋逐漸變暗．1．物理觀念：光的衍射、光柵衍射．2．科學(xué)思維：光明顯衍射的條件．3．科學(xué)方法：比較光的衍射和光的干涉．4．科學(xué)態(tài)度與責任：光學(xué)儀器的分辨率．1．對衍射現(xiàn)象的定性分析，不正確的是()A．光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象B．衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果C．光的衍射現(xiàn)象為光的波動說提供了有力的證據(jù)D．光的衍射現(xiàn)象完全否定了光的直線傳播結(jié)論D[衍射現(xiàn)象是波繞過障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象，衍射條紋是波的疊加的結(jié)果，干涉、衍射是一切波所具有的特性，所以選項A、B、C正確；光的直線傳播只是近似的，只有在光的波長比障礙物尺寸小得多的情況下，光才被看作是沿直線傳播的，所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的，所以選項D錯誤．]2．觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm，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．衍射條紋的間距不變，只是亮度減弱A[由單縫衍射實驗的調(diào)整與觀察可知，狹縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋越寬，條紋間距也越大．將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反方向變化，故選項A正確．]3．(多選)抽制高強度纖維細絲可用激光監(jiān)控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時產(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)過細絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細絲粗細的變化，下列敘述中正確的是()A．這里應(yīng)用的是光的衍射現(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AD[當障礙物的尺寸與波的波長相當或小于波的波長，會發(fā)生明顯的衍射，該裝置的原理是運用光的衍射現(xiàn)象，如果屏上條紋變寬，則金屬絲變細．故A、D正確，B、C錯．]4．一束紅色激光射向一塊有雙縫的不透光的薄板．在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相