2020-2021学年高中物理-第四章-光-5-光的衍射教案1-新人教版选择性必修第一册.doc

2020-2021学年高中物理 第四章 光 5 光的衍射教案1 新人教版选择性必修第一册

2020-2021学年高中物理 第四章 光 5 光的衍射教案1 新人教版选择性必修第一册

年级：
姓名：

- 7 -

光的衍射
【学习目标】
1．了解光的衍射现象及观察方法．
2．理解光产生衍射的条件．
3．知道几种不同衍射现象的图样．

知识回顾：
1. 为什么我们朝着一个方向说话在其他方向也能听见声音？
答：因为声波在传播过程中发生了衍射
2. 为什么我们用手电筒朝着一个方向照射，在它的周围也会感觉很亮？
答：因为光发生了衍射
3. 什么能够发色个衍射？
答：波
知识点一、光的衍射
三种衍射现象和图样特征：
(1) 单缝衍射：
①单缝衍射现象：
如图所示，点光源发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿着直线传播，传播到光屏上的区域；若缝足够窄，则光的传播不再沿直线传播，而是传到几何阴影区，在区还出现亮暗相间的条纹，即发生衍射现象．

要点诠释：衍射是波特有的一种现象，只是有的明显，有的不明显而已．
②图样特征．
单缝衍射条纹分布是不均匀的，中央亮条纹与邻边的亮条纹相比有明显的不同：用单色光照射单缝时，光屏上出现亮、暗相间的衍射条纹，中央条纹宽度大，亮度也大，如图所示，与干涉条纹有区别．用白光照射单缝时，中间是白色亮条纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的是红光．

(2)圆孔衍射：
①圆孔衍射的现象．
如图甲所示，当挡板上的圆孔较大时，光屏上出现图乙中所示的情形，无衍射现象发生；当挡板上的圆孔很小时，光屏上出现图丙中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．

②图样特征．
衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是亮、暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小，用不同的光照射时所得图样也有所不同，如果用单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环．如果用白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．
(3)圆板衍射．
在1818年，法国物理学家菲涅耳提出波动理论时，著名的数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出圆板后面的中央应出现一个亮斑，这看起来是一个荒谬的结论，于是在同年，泊松在巴黎科学院宣称他推翻了菲涅耳的波动理论，并把这一结果当作菲涅耳的谬误提了出来但有人做了相应的实验，发现在圆板阴影的中央确实出现了一个亮斑，这充分证明了菲涅耳理论的正确性，后人把这个亮斑就叫泊松亮斑．

小圆板衍射图样的中央有个亮斑——泊松亮斑，图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小．
衍射光栅：
(1)构成：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
(2)特点：它产生的条纹分辨程度高，便于测量．
(3)种类：
衍射现象与干涉现象的比较
种类
项目
单缝衍射
双缝干涉
不同点
产生条件
只要狭缝足够小，任何光都能发生
频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间不等
各相邻条纹等间距
亮度
中央条纹最亮，两边变暗
清晰条纹，亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
三种衍射图样的比较：
如图所示是光经狭缝、小孔、小圆屏产生的衍射图样的照片．由图可见：

(1)光经不同形状的障碍物产生的衍射图样的形状是不同的．
(2)衍射条纹的间距不等．
(3)仔细比较乙图和丙图可以发现小孔衍射图样和小圆屏衍射图样的区别：①小圆屏衍射图样的中央有个亮斑——著名的“泊松亮斑”；②小圆屏衍射图样中亮环或暗环间距随着半径的增大而减小，而圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大；③乙图背景是黑暗的，丙图背景是明亮的．
例题1.关于光的衍射现象，下面说法正确的是( )．
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射现象
【思路点拨】根据光波发生明显衍射的条件进行判断。

【答案】A、C
【解析】该题考查衍射图样和对衍射现象的理解．单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹．光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现光点，是衍射现象光的衍射现象只有明显与不明显之分。D项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．
【总结升华】本题考查了光发生明显衍射的条件．同时强调了衍射是光的一种本性，它的存在不取决于我们是否能看见．

课堂练习一：
在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测量爪形成的狭缝，观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝（灯管或灯丝都要平行于狭缝），可以看到（ ）
A．黑白相间的直条纹 B．黑白相间的弧形条纹
C．彩色的直条纹 D．彩色的弧形条纹

【答案】C

课堂练习二：
如图所示，四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )．

A．是光的干涉图样
B．是光的干涉图样
C．形成图样的光的波长比形成图样光的波长短
D．形成图样的光的波长比形成图样光的波长短

【答案】A
【解析】干涉条纹是等距离的条纹，因此，图是干涉图样，图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式可知，条纹宽的入射光的波长长，所以图样的光的波长比图样的光的波长长，故C项错误，图样的光的波长比图样的光的波长长。故D项错误．
【总结升华】①双缝是干涉条纹，间距相等；②单缝是衍射条纹，间距不等，中央亮条纹最亮，两侧为间距不等的明暗相间的条纹．

课堂练习三：
下图所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（灰黑色部分表示亮纹）。则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是（ ）

A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄
C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫

【答案】B　
【解析】题图中第1、3为干涉图样，第2、4为衍射图样。1的波长较长，为红光，3为蓝光。2的波长短，为紫光，4为黄光。所以颜色顺序依次是红紫蓝黄。

课堂练习四：
某同学以线状白炽灯为光源，利用游标尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点，你认为正确的是( )．
A．若狭缝与灯泡平行，衍射条纹与狭缝平行
B．若狭缝与灯泡垂直，衍射条纹与狭缝垂直
C．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关
D．衍射条纹的间距与光的波长有关

【答案】A、C、D
【解析】若狭缝与线状灯平行，衍射条纹与狭缝平行且现象明显，衍射条纹的疏密程度与缝宽有关，狭缝越小，条纹越疏；条纹间距与波长有关，波长越长，间距越大．
【总结升华】游标卡尺两脚间形成单缝，缝与线状光源平行时才能产生衍射．