浙江专版2023-2024学年新教材高中物理新人教版选择性必修第一册 4.5 光的衍射（课件+训练提升）（2份）

第第页浙江专版2023-2024学年新教材高中物理新人教版选择性必修第一册4.5光的衍射（课件+训练提升）（2份）(共38张PPT)

5光的衍射

课前·基础认知

课堂·重难突破

素养·目标定位

随堂训练

素养·目标定位

目标素养

1.知道光的衍射现象及衍射条件,形成正确的物理观念。

2.能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析,培养分析解决实际问题的能力。

3.初步了解衍射光栅,形成正确的物理观念,培养科学思维能力。

知识概览

课前·基础认知

一、光的衍射

1.衍射现象。

光能够绕过障碍物而到达“阴影”区域的现象。

2.产生明显衍射现象的条件。

障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候。

3.单缝衍射的条纹特点。

(1)上都条纹为亮条纹,离中心条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越暗。

(2)狭缝越窄,上都亮条纹越暗。

微判断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。()

×

×

×

×

√

微训练(多选)对于光的衍射现象,下列说法正确的是()

A.只有障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候,才能产生明显的衍射现象

B.衍射现象是光特有的现象,只有光才会发生衍射

C.光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论

D.光的衍射现象说明了光具有波动性

答案:AD

解析:光的干涉现象和衍射现象说明了光具有波动性,选项D正确。在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候,衍射现象比较明显,选项A正确。只有在光的波长比障碍物的尺寸小得多的情况下,光才可以看成是沿直线传播的,所以光的衍射现象和光沿直线传播是不矛盾的,它们是光在不同条件下产生的两种现象,选项C错误。衍射现象是波特有的现象,选项B错误。

二、衍射光栅

1.结构:由许多等宽的狭缝等距离地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。

课堂·重难突破

一三种衍射图样的特点比较

重难归纳

1.单缝衍射图样。

(1)上都条纹最亮,越向两边越暗;条纹间距不等,上都条纹最宽,两边条纹宽度变窄。

(2)缝变窄时通过的光变少,而光分布的范围变宽,所以亮条纹的亮度降低。

(3)上都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,入射光波长越长,单缝越窄,上都亮条纹的宽度及条纹间距就越大。

(4)用白光做单缝衍射时,上都亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,上都亮条纹仍然最宽最亮。

2.圆孔衍射的图样。

(1)单色光的圆孔衍射图样:上都亮圆的亮度大,外面是明暗相间的不等距的圆环;越向外,圆(亮)环亮度越低。

(2)白光的圆孔衍射图样:上都亮圆为白色,周围是彩色圆环。

3.圆板衍射。

(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓模糊不清,若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物,会发现在影的中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑。

(2)形成泊松亮斑时,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。

(3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。

使太阳光垂直照射到一块遮光板上,板上有可以自由收缩的正方形孔,孔的后面放置一个光屏,在正方形孔逐渐变小直到闭合的过程中,猜一猜光屏上依次可以看到哪些现象

提示:正方形孔较大时看到正方形光斑,孔逐渐减小看到屏上的正方形光斑由大到小,孔再减小看到圆形光斑,孔小到一定程度看到明暗相间的彩色条纹,孔闭合后屏上什么也看不到。

典例剖析

(多选)在单缝衍射实验中,下列说法正确的是()

A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄

B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄

C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽

D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽

答案:ACD

解析:当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越大;光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽,故选项A、C、D正确。

易错警示

圆孔衍射中圆孔大小不同时,对应的物理现象不同。

如图甲所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播);减小圆孔,光屏上出现光源的像(小孔成像);当圆孔很小时,光屏上出现图丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样)。

学以致用

在一次观察光的衍射的实验中,观察到如图所示的清晰的明暗相间图样(阴影条纹为暗纹),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

答案:D

解析:由题图可知上都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,圆形亮条纹宽度越小,可判断此图样为圆孔衍射图样,故选项D正确。

二单缝衍射与双缝干涉的比较

重难归纳

1.单缝衍射与双缝干涉的对比。

比较项单缝衍射双缝干涉

不同点产生条件只要狭缝足够小,任何光都能发生明显衍射现象频率相同的两列光波相遇叠加

条纹宽度条纹宽度不等,上都最宽条纹宽度相等

条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距

亮度上都条纹最亮,两边最暗条纹清晰,亮度基本相等

相同点成因都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果意义都是波特有的现象,表明光是一种波2.三点提醒。

(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。

在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样,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上都亮条纹最宽、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。

典例剖析

(多选)图甲、乙是单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样,下列判断正确的是()

A.甲为单缝衍射的图样B.乙为双缝干涉的图样

C.甲为双缝干涉的图样D.乙为单缝衍射的图样

答案:AB

解析:甲图中的条纹宽度不等,上都宽,两侧窄,应为单缝衍射图样;乙图中的条纹等宽等距,应为双缝干涉图样。故选项A、B正确,C、D错误。

规律总结

区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法

1.根据条纹的宽度区分:双缝干涉的条纹是等宽的,条纹间的距离也是相等的;而单缝衍射的条纹,上都亮条纹最宽,两侧的条纹变窄。

2.根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从上都亮纹往两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹上都亮纹最亮,两侧的亮纹逐渐变暗。

学以致用

2.如图所示的4幅明暗相间的条纹图样,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(黑色部分表示亮条纹)。则下面的四幅图从左到右排列,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:双缝干涉条纹是等间距的条纹,单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的条纹,因此1、3是干涉条纹,2、4是衍射条纹。干涉条纹中,光的波长越长,条纹越宽,因此1是红光,3是蓝光。同一单缝的衍射条纹,波长越长,条纹越宽,因此2是紫光,4是黄光。

随堂训练

1.(多选)关于波的衍射,下列说法正确的是()

A.衍射是一切波的特性

B.波长比孔的宽度大得越多,衍射现象越明显

C.发生波的衍射时必须有两个波源

D.波的衍射也是由于波的叠加产生的

答案:ABD

解析:干涉和衍射现象是波所特有的现象,选项A正确。波长比孔的宽度大得越多,衍射现象越明显,选项B正确。发生波的干涉时必须有两个波源,选项C错误。由于狭缝或小孔有一定的宽度或大小,波通过后出现明暗相间的条纹,通过狭缝或小孔的光可看作是由很多光源发出的,衍射条纹就是波叠加的结果,因此波的衍射也是由于波的叠加产生的,选项D正确。

2.(多选)沙尘暴是由于土地沙化引起的一种恶劣的气象现象。发生沙尘暴时能见度只有几十米,天空变黄发暗。这是由于这种情况下()

A.只有波长较短的一部分光才能到达地面

B.只有波长较长的一部分光才能到达地面

C.只有频率较大的一部分光才能到达地面

D.只有频率较小的一部分光才能到达地面

答案:BD

解析:波长较短的光容易被障碍物挡住,不能到达地面,波长较长的光更容易发生衍射而透过沙尘间的缝隙到达地面,故选项A错误,B正确;波长越长的光其频率越低,故选项C错误,D正确。

3.某同学在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝,进行光的衍射实验,如图所示,则他在光屏上看到的条纹是()

答案:B

解析:因为衍射条纹与单缝平行,条纹中间宽、两边窄,故选项B正确,A、C、D错误。

4.如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样

()

答案:B

解析:由泊松亮斑衍射图样特点可知选项B正确。5光的衍射

课后·训练提升

基础巩固

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.日出和日落时太阳看起来特别红,这是由于()

A.光的色散B.大气的全反射

C.大气的折射D.红光的波长长

答案D

解析太阳初升和西沉时,阳光要通过比较厚的空气层。阳光通过空气时,红光的波长最长,最容易发生衍射现象,所以射到地面来的红光最多,因此太阳看起来呈红色。选项D正确。

2.以线状白炽灯为光源,通过狭缝观察该光源,可以看到()

A.黑白相间的条纹,这是光的干涉

B.黑白相间的条纹,这是光的衍射

C.彩色的条纹,这是光的干涉

D.彩色的条纹,这是光的衍射

答案D

解析由题可知该现象为光的衍射现象,故选项A、C错误。线状白炽灯发出的光是复色光,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,因此各单色光的亮条纹或暗条纹不能完全重叠在一起,所以形成彩色条纹,故选项B错误,D正确。

3.用单色光通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时,在光屏上得到衍射图样,它们的特点是()

A.用小圆盘时上都是暗的,用小圆孔时上都是亮的

B.用小圆盘时上都是亮的,用小圆孔时上都是暗的

C.上都均为亮点的同心圆条纹

D.上都均为暗点的同心圆条纹

答案C

解析小圆孔衍射图样,上都是亮的,亮点周围是明暗相间的同心圆条纹;小圆盘衍射图样,上都也是亮的,叫泊松亮斑,亮斑周围也有明暗相间的同心圆条纹,故选项C正确,A、B、D错误。

4.在观察光衍射的实验中,分别观察到如图甲、乙所示清晰的明暗相间图样,图中黑线为暗纹。那么障碍物应是()

A.乙图对应的是很小的不透明圆板

B.甲图对应的是很大的不透明圆板

C.乙图对应的是中间有大圆孔的不透明挡板

D.甲图对应的是中间有小三角形孔的不透明挡板

答案A

解析比较两图,它们的背景明显不同,甲图的背景为黑色阴影,说明障碍物应是很大的不透明圆板,中间有透光并且带有衍射图样的花纹,说明挡板的中间有小圆孔;乙图的背景为白色,说明周围没有障碍物,中间有不透光圆形阴影,并且带有衍射图样的花纹,说明中间存在很小的不透明圆板,乙图正上都的小亮点是泊松亮斑,则选项A正确,B、C、D错误。

5.右图为观察水面波衍射的实验示意图,CA、BD是挡板,它们之间有一窄缝,A、B分别为窄缝边缘的两点。S点表示波源,相邻两波纹之间的距离表示一个波长。已知A、B间的距离与波长相差不多,则波穿过窄缝之后()

A.波纹之间距离变大

B.波的振幅变大

C.波仅在SA与SB两直线之间的扇形区域内传播

D.波能传播到SA、SB两直线外侧的区域

答案D

解析波穿过缝后,波速、频率、波长不变,则挡板前后波纹间的距离相等,选项A错误。波穿过缝后,能量降低,振幅减小,选项B错误。因为A、B间的距离与波长相差不多,所以能够观察到明显的衍射现象,衍射现象是波绕过障碍物,传播到障碍物后方的现象,即波偏离直线传播的路径,选项C错误,D正确。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

6.下列哪些现象是光的衍射产生的()

A.泊松亮斑

B.阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑

C.阳光经凸透镜后形成亮斑

D.平行光照在一个较大障碍物上后,影的轮廓模糊不清

答案AD

解析泊松亮斑是光通过障碍物后衍射产生的光斑,故选项A正确。阳光下茂密树阴中地面上的圆形亮斑,属于小孔成像现象,故选项B错误。阳光经凸透镜后形成亮斑,是由于光发生折射现象,故选项C错误。影轮廓模糊,是光的衍射现象,故选项D正确。

7.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,说明光沿直线传播,不存在光的衍射

答案AC

解析红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹,故选项A正确。白光的衍射图样是彩色条纹,故选项B错误。光照到不透明圆盘上,在其阴影处出现亮点,是衍射现象,故选项C正确。光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿直线传播,但仍存在光的衍射,只不过是不明显,故选项D错误。

8.关于衍射光栅,下列说法正确的是()

A.衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的

B.衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类

C.透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝

D.透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝

答案ABD

解析对于透射光栅来说,当光照到刻痕上时,由于光发生漫反射而不能透过,故选项C错误,A、B、D正确。

9.如图所示,甲、乙、丙、丁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.甲、乙是光的干涉图样

B.丙、丁是光的衍射图样

C.形成甲图样光的波长比形成乙图样光的波长短

D.形成丙图样光的波长比形成丁图样光的波长短

答案AB

解析干涉图样的条纹等间距,而衍射条纹间距不相等,则知甲、乙是光的干涉图样,丙、丁是光的衍射图样,故选

项A、B正确。光的波长越长,双缝干涉条纹间距越大,则知形成甲图样的光的波长比形成乙图样光的波长长,故选项C错误。光的波长越长,衍射图样的上都亮条纹越宽,则形成丙图样的光的波长比形成丁图样光的波长长,故选项D错误。

能力提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.一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()

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,而上都明条纹变宽些

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

答案B

解析双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样不同。衍射图样和干涉图样的上都都出现明条纹,但衍射图样上都明条纹较宽,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,所以选项B正确。

2.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,则下列说法正确的是()

①这是利用光的干涉现象

②这是利用光的衍射现象

③如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了

④如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细了

A.①③B.②④

C.①④D.②③

答案B

解析题干所述现象符合光的衍射产生的条件,故②正确;由衍射产生的条件可知,丝越细衍射现象越明显,故④也正确。

3.用a、b两种不同的单色光在相同条件下分别经同一单缝衍射装置得到的衍射图样如图甲、乙所示。现使a光从水中斜射向水面上的O点,其入射角为i、折射角为r,如图丙所示。对于这两种单色光,下列说法正确的是()

A.在真空中a光的波长较短

B.水对a光的折射率n=

C.在水中a光的传播速度较大

D.a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较小

答案C

解析a光衍射明显,说明a光的波长比b光的波长长,即λa>λb,选项A错误。水对a光的折射率n=,选项B错误。a光的波长比b光的波长长,根据c=λf可知a光的频率小,折射率小,根据v=可知在水中a光的传播速度较大,选项C正确。根据sinC=可知a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较大,选项D错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

4.如图所示,a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气,结果折射角相同,下列说法正确的是()

A.b光在该介质中的折射率比a光大

B.若用b光做单缝衍射实验,要比用a光做上都亮条纹更宽

C.用b光更易观测到泊松亮斑

D.做双缝干涉实验时,用a光比用b光两相邻亮条纹中心的距离更大

答案BC

解析设折射角为θ1,入射角为θ2,题设条件知,θ1a=θ1b,θ2a