人教版选修34 第十三章5光的衍射 学案.doc

5光的衍射1光的衍射(1)衍射现象和衍射条纹衍射现象：光通过很窄的缝或很小的孔时，光没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。衍射条纹特点：衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。(2)光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相差不多。光波和声波都是波，可是日常生活中,常发生“闻其声不见其人”的现象，原因何在？光波和声波都是波，都具有波的特性，都能发生干涉、衍射等现象。但是波发生明显衍射现象是有条件的，即障碍物(或缝、孔)的尺寸与波长相差不多或者比波长更小。声波的波长较长(约几米到十几米)与障碍物(房屋的墙壁、门缝等)的尺寸相比，能产生明显衍射，故能“闻其声”；而光波的波长很短(370750 nm)，比通常的障碍物的尺寸小得多，因此不能产生明显衍射现象，故“不见其人”。【例1】 下列四种现象中，哪些是光的衍射现象造成的()a通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光的日光灯管，会看到平行的彩色条纹b不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑c在太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子d用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现亮暗相间的圆环解析：选项剖析结论a通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光的日光灯管，会看到平行的彩色条纹是单缝衍射现象b泊松亮斑属于不透光小圆板的衍射现象c电线直径远大于光波波长，不能发生明显衍射现象，电线没有在地面上留下影子是太阳不是点光源造成的d用点光源照射小圆孔属于圆孔衍射，会形成明暗相间的圆环答案：abd2衍射光栅(1)衍射光栅的结构：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器。(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、透射光栅。谈重点 衍射光栅它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条，单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样。【例2】 下列说法正确的是()a增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变窄b增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变宽c增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变暗d增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变亮解析：根据光栅的特点可知选项a、d正确。答案：ad3三种衍射图样的特点比较(1)单缝衍射图样中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小。缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低。中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。(2)圆孔衍射图样圆孔衍射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，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越长，中央圆形亮斑的直径越大。白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。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的现象圆形亮斑(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)。(3)不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)中央是亮斑。周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。谈重点：光的衍射条件(1)衍射是波所特有的现象，一切波均能发生衍射现象。(2)光遇小孔、单缝或障碍物时，衍射现象只有明显不明显之分，无发生不发生之别。(3)可见光的波长范围：106107 m，因此光的衍射现象不易观察到。4单缝衍射与双缝干涉的比较释疑点：光的衍射(1)单缝衍射可以理解为若干个干涉，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。【例31】 关于光的衍射现象，下列说法正确的是()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，说明光沿直线传播，不存在光的衍射解析：单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹。白光的衍射图样是彩色条纹。光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，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会变得模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象。答案：ac【例32】 如果用单色光照射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)，那么障碍物应是()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解析：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正确；有的同学误选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，在阴影区的边缘有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射的图样是不同的。答案：d【例33】 在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝(灯丝或灯管都要平行于狭缝)，可以看出()a黑白相间的直条纹b黑白相间的弧状条纹c彩色的直条纹d彩色弧状条纹解析：白炽灯(或日光灯管)发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同，因此各单色亮或暗纹不能完全重叠在一起，所以成为彩色条纹，因是狭缝，所以是彩色直条纹，故选项c正确，a、b、d错误。答案：c【例41】 关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是()a光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理b光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的c光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象不能说明这一点d光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果解析：光的干涉现象和光的衍射现象都是波的特有现象，都是光波叠加的结果；光的干涉条纹是彩色的，光的衍射条纹也是彩色的，只是条纹间距特点及亮度特点不同而已。答案：d【例42】 关于光的干涉、衍射及其应用，下列说法中正确的是()a在光的干涉和衍射现象中，都出现明暗相间的条纹或彩色条纹，因此干涉现象和衍射现象是相同的b水面上的油层在阳光的照射下出现彩色条纹是干涉现象，泊松亮斑是衍射现象c增透膜增加透射光，减小反射光是利用了光的干涉d激光防伪商标，看起来是彩色的，这是光的干涉现象解析：光的干涉和衍射虽然有很多共性，但属于不同的光现象，a项错误；油膜的彩色条纹是薄膜干涉产生的，泊松亮斑是很小的圆斑，是光衍射产生的，b项正确；增透膜的作用是增加透射光的强度，减小反射光的损失，厚度应等于光波在膜中波长的1/4，其原理利用了光的干涉，c项正确；激光防伪商标的彩色条纹是薄膜干涉引起的，d项正确。答案：bcd5两方面理解“光是沿直线传播的”(1)多数情况下，光照到较大的障碍物或小孔上时是按沿直线传播的规律传播的，在它们的后面留下阴影或光斑。如果障碍物、缝或小孔小到与照射光的波长差不多(或更小)时，光就会发生明显的衍射现象，在它们的后面形成泊松亮斑、明暗相间的条纹或圆环。(2)光是一种波，衍射是它基本的传播方式，但在一般情况下，由于障碍物都比较大(相对光的波长来说)，衍射现象很不明显，故光可近似地看做是沿直线传播，所以，光沿直线传播只是近似规律。综上所述，说光是沿直线传播的原因其实是光波的波长非常小，不容易发生衍射现象，故近似认为光是沿直线传播的。【例5】 让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，试分析在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)。解析：当三角形孔较大时，由于光的直线