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

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

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

年级：
姓名：

- 9 -

光的衍射

目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1．知道光的衍射现象和产生明显衍射的条件。
2．了解如何通过实验观察光的衍射现象，并可以区分几种不同的衍射图样。
3．能解释日常生活中的衍射并初步了解衍射光栅。
【思维脉络】
—

课前预习反馈
教材梳理·落实新知
知识点 1　光的衍射
1．衍射现象
光通过很窄的缝和很小的孔时，光没有沿__直线__传播，它绕过了缝或孔的边缘，传播到了障碍物__后面__的地方。
2．产生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长__相当__，甚至比光的波长__还小__。
知识点 2　衍射图样
1．单缝衍射的条纹特点
(1)中央条纹为__亮条纹__，离中心条纹越远，亮条纹的宽度__变窄__，亮度__变暗__。
(2)狭缝越窄，中央亮条纹__越暗__。
2．圆盘衍射(泊松亮斑)
(1)现象
用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个__亮斑__。
(2)衍射图样的特点
圆形阴影中心有一__亮斑__，与小孔衍射图样有明显区别。
知识点 3　衍射光栅
1．结构
有许多等宽的狭缝__等距离__排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越__窄__，亮度越__亮__。
2．衍射图样的特点
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变__窄__，亮度__增加__。
3．衍射光栅的种类
__反射__光栅和__透射__光栅。

思考辨析
『判一判』
(1)光的衍射说明光不能沿直线传播。(　×　)
(2)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(　×　)
(3)隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒，是光的干涉现象。(　×　)
(4)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象。(　×　)
(5)衍射现象中也有干涉的成分。(　√　)
『选一选』
(多选)在城市交通中，用红灯表示禁止通行，其原理是(　CD　)

A．红光容易产生干涉
B．红光照射的距离大
C．红光容易引起人们的视觉反应
D．红光容易产生衍射
解析：红光在可见光中的波长最长，容易发生衍射，在雾天、雨天、沙尘暴等恶劣天气里，使司机和行人都能看到红灯，避免交通事故的发生；同时红光也容易引起人们的视觉反应。
『想一想』
光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象可能发生，也可能不发生，这种说法对吗？
解析：不对。光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象都会发生，只有明显与不明显的差别。

课内互动探究
细研深究·破疑解难
探究
对光的衍射现象的理解
┃┃情境导入__■
这是用光射到一个不透光的小圆形障碍物上形成的影，影的中心有一个圆形的亮斑，你知道这是怎样形成的吗？

提示：光的衍射
┃┃要点提炼__■
1．光的衍射
(1)产生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多。
(2)光是一种波
光的干涉现象已经表明光是一种波，由于衍射也是波的特点，则光能够衍射，因此，光能够绕过障碍物或通过小孔进入阴影区而传播，即发生衍射现象。
(3)可见光的波长范围
10－6 m～10－7 m，由发生明显衍射现象的条件可知，光的衍射现象不易观察。
2．三种不同的衍射现象
(1)单缝衍射
单缝衍射图样的特点
①单色光的单缝衍射图样是明暗相间、亮度越来越暗且不等距的条纹，中央是亮纹，亮度大，宽度也大；波长越长，条纹间距越大，中央亮纹越宽；
②白光的单缝衍射图样中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央亮纹的色光是紫光，最远离中央的是红光。
(2)圆孔衍射
①单色光的圆孔衍射图样中央亮纹的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环，越向外，亮环亮度越低；
②白光的圆孔衍射图样中央亮纹为白色，周围是彩色圆环。
(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象
各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
特别提醒
只有圆孔足够小时，才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗。　
┃┃典例剖析__■
典例1 (多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则下列描述正确的是(　BD　)

A．这是利用光的干涉现象
B．这是利用光的衍射现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
思路引导：解此类题时要注意题目所给的信息，如此题中的“激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同”，可立即判断此为衍射现象，再从衍射角度上推断出其他选项的正确性。
解析：上述现象符合光的衍射产生的条件，故B正确；由衍射产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故D也正确。
┃┃对点训练__■
1．(多选)对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是(　ABD　)
A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象
B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论
D．光的衍射现象说明了光具有波动性
解析：光的衍射现象说明了光具有波动性，而小孔成像说明了光沿直线传播，要出现小孔成像，孔不能太小，光的直线传播规律只是近似的(只有在光的波长比障碍物小的情况下，光才可以看成是沿直线传播的)，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，故选项C错误。选项A、B、D正确。
探究
单缝衍射与双缝干涉的比较
┃┃情境导入__■
在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中，哪些属于光的单缝衍射图样？哪些属于光的干涉图样？

提示：单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹是等间距的条纹所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样。
┃┃要点提炼__■
单缝衍射与双缝干涉的比较

名称
项目
单缝衍射
双缝干涉
不同点
产生条件
障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多
频率、振动方向相同，相位差恒定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
各相邻条纹间距不等，越靠外条纹间距越小
各相邻条纹等间距
亮度
中间条纹最亮，两边变暗
清晰条纹，亮度基本相等
相同点
成因
干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果
意义
干涉、衍射都是波特有的现象，表明光是一种波
特别提醒
(1)单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉，从而理解条纹相间排列。
(2)光波的波长增大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大。
(3)复色光的衍射或干涉图样，可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加。　
┃┃典例剖析__■
典例2　(2020·北京市昌平区高二下学期期末)一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到(　B　)
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些
B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央明条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的明条纹
D．无条纹，只存在一片红光
思路引导：本题一开始告诉我们产生了干涉现象，说明两缝都很窄，能够满足使红光发生明显衍射的条件，挡住一缝后，在屏上得到的是单缝衍射图样。
解析：衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样的中央明条纹较宽，两侧都出现明暗相间的条纹；干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹且亮度迅速减弱。所以本题正确选项为B。
┃┃对点训练__■
2．(2020·浙江省嘉兴一中、湖州中学高二下学期期中)如图所示的4幅明暗相间的条纹，分别是红光经过间距不同的双缝及宽度不同的单缝所形成的。则在下面的四幅图中(甲、乙、丙、丁)依次对应的是(　A　)

A．双缝宽间距，双缝窄间距，宽单缝，窄单缝
B．双缝窄间距，双缝宽间距，窄单缝，宽单缝
C．宽单缝，窄单缝，双缝宽间距，双缝窄间距
D．窄单缝，宽单缝，双缝窄间距，双缝宽间距
解析：双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故甲、乙两个是双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距Δx＝λ可知双缝间距越窄，Δx越大，故甲是双缝宽间距，乙是双缝窄间距；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而单缝越窄，中央亮条纹越宽，故丙是宽单缝，丁是窄单缝；故选A。

核心素养提升
以题说法·启智培优
易错点：混淆了圆板和圆孔衍射图样而出错
案例　如图中单色光照射的不是一个狭缝，并且观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样(黑线为暗纹)，那么障碍物是(　D　)

A．很小的不透明的圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
易错分析：没有分清圆板衍射和圆孔衍射的图样的差别，而错选A。要注意很小的不透明的圆板产生的图样中心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在影区的边沿有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射的图样是不同的。
正确解答：圆板衍射和圆孔衍射的图样对比如下表所示：
　　　　　　种类
异同点　　　　　　
圆板衍射
圆孔衍射
不同点
中心亮斑
较小
较大
亮暗环间距
随环的半径增大而减小
随环的半径增大而增大
背景
明亮
黑暗
相同点
均为明暗相间圆环，中心均有亮斑
由题图可知中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越向外，圆形条纹宽度越小，可判断此图样为圆孔衍射图样，故D项正确。