4.5光的衍射（解析版）

4.5光的衍射基础知识梳理基础知识梳理1.用单色平行光照射狭缝，当缝时，光没有沿传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方.这就是光的现象.2.各种不同形状的都能使光发生，致使影的轮廓模糊不清，出现的条纹.3.发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的相比，甚至比光的波长还的时候，衍射现象十分明显.4.衍射光栅(1)构成：由许多等宽的狭缝地排列起来形成的光学元件.(2)狭缝的个数，衍射条纹的宽度，亮度.(3)种类：光栅和光栅.【参考答案】很窄直线衍射障碍物衍射明暗相间波长小等距离增加变窄增加透射反射典型例题分析典型例题分析考点一：单缝衍射和小孔衍射图样【例1】下列关于光现象的解释正确的是（）A．全息照相利用了光的衍射原理B．荷叶上的露珠显得特别明亮是光的全反射现象C．通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹是光的偏振现象D．在杨氏双缝实验中，如果仅把绿光改成红光，干涉条纹间距将减小【答案】B【详解】A．全息照相利用了光的干涉原理，选项A错误；B．荷叶上的露珠显得特别明亮是光的全反射现象，选项B正确；C．通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹是光的衍射现象，选项C错误；D．在杨氏双缝实验中，如果仅把绿光改成红光，因红光的波长大于绿光，根据可知，干涉条纹间距将增加，选项D错误。故选B。【变式练习】1．在下列情况中，发生的是光的哪一种现象，说法错误的是（）A．通过狭缝看日光灯可见彩色花纹，是光的衍射现象B．增透膜是利用的是光的干涉现象制成的C．炎热夏日，干燥的柏油马路上看上去有水，能显示车辆的倒影，是光的全反射现象D．阳光下的肥皂泡泡会出现彩色花纹是光的偏振现象【答案】D【详解】A．通过狭缝看日光灯可见彩色花纹，是光的衍射现象，故A正确，不符合题意；B．增透膜是利用的是光的干涉现象制成的，故B正确，不符合题意；C．炎热夏日中午，越靠近柏油马路的位置温度越高，空气越稀薄，从而造成空气对光的折射率呈现“上高下低”的分布规律，此时远处的光线斜射向靠近柏油路面附近且入射角大于临界角时将发生全反射，使其看上去像是有水，能显示车辆的倒影，故C正确，不符合题意；D．阳光下的肥皂泡泡会出现彩色花纹是光的薄膜干涉现象，故D错误，符合题意。故选D。2．对如图所示的图片、示意图或实验装置图，下列说法正确的是（）A．甲图属于薄膜干涉，也被称为“牛顿环”B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，则P处是暗条纹D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹【答案】B【详解】A．甲图是小孔衍射的图样，不是牛顿环，故A错误；B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度。若干涉条纹是直的干涉条纹则表明平面平整，故B正确；C．图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的偶数倍，则P是亮纹，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的奇数倍，则P是暗纹，故C错误；D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现水平干涉条纹，故D错误。故选B。考点二：光发生明显衍射的条件【例2】如图所示的平面内，光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，进入玻璃砖后分成b、c两束单色光。下列说法正确的是（

）A．光束b比光束c更容易发生衍射现象B．在真空中b光的波长小于c光的波长C．玻璃对b光的折射率小于对c光的折射率D．在玻璃砖中b光的传播速度大于c光的传播速度【答案】B【详解】C．b光的偏折程度比c光的偏折程度大，所以玻璃对b光的折射率大于对c光的折射率，故C错误；D．根据可知在玻璃砖中b光的传播速度小于c光的传播速度，故D错误；AB．光的波长越小，透明介质对该光的折射率越大，所以在真空中b光的波长小于c光的波长，则光束b比光束c更不容易发生衍射现象，故A错误，B正确。故选B。【变式练习】1．下列说法正确的是（）A．当障碍物的尺寸明显大于波长时不能发生衍射现象B．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象D．当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在某点相遇，则该点为加强点，且位移永远不为零【答案】B【详解】A．当障碍物的尺寸明显大于波长时也能发生衍射现象。只是衍射现象不明显，A错误；B．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，B正确；C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，C错误；D．当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在某点相遇，则该点为加强点，该点只是振幅最大，该点仍在周期性的振动，有时位移最大，有时位移为零，D错误。故选B。2．用如图甲所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图乙所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是（

）A．此实验说明了光不沿直线传播且具有粒子性B．用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同C．若只将圆孔变小，则中央亮斑和亮纹的亮度反而变大D．若只将圆孔变小，则屏上得到的衍射图样的范围将会变大【答案】D【详解】A．此实验说明了光的衍射现象，且光具有波动性，A错误；B．用不同波长的光做实验，衍射图样并不相同，因为波长越长，对同一圆孔而言，衍射现象越明显，B错误；C．圆孔变小，透光强度变小，中央亮斑和亮纹的亮度变弱，C错误；D．圆孔变小，衍射现象更明显，衍射图样的范围反而变大，D正确。故选D。考点三：光的干涉与衍射的联系【例3】2020年4月24日拍到的日晕（又叫圆虹）照片如图。在特定条件下眼睛对着太阳看，看见在太阳周围形成内红外紫的彩色光环，它的成因主要是（）A．光在人眼球中折射形成B．光在进入人眼时发生衍射形成C．光在穿过大气时在一定气象条件下干涉形成与薄膜干涉原理相同D．光在穿过大气时在特定气象条件下折射形成与彩虹的形成原理相同【答案】D【详解】太阳周围形成内红外紫的彩色光环是光在穿过大气时在特定气象条件下折射形成，与彩虹的形成原理相同。故选D。【变式练习】1．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，衍射条纹是明暗相间的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【答案】D【详解】ACD.光的干涉现象、衍射现象都是光波叠加的结果，两者都表明光是一种波，既然是波那么就都具有波动性，故AC错误，D正确；B.从条纹特点看，虽然条纹宽度、间距方面干涉条纹和衍射条纹有所区别，但单色光的干涉条纹、衍射条纹都是明暗相间的，白光的干涉条纹、衍射条纹是彩色条纹，故B错误。故选D。2．下列说法正确的是（）A．“光纤通信”利用了全反射的原理B．在岸边观察水中的鱼，鱼的实际深度比看到的要浅C．光由光疏介质射入光密介质时，折射角大于入射角D．一切波都能发生干涉和衍射，但干涉和衍射不是波特有的现象【答案】A【详解】A．在光纤通信种是利用了全反射原理，故A正确；B．岸边观察前方水种的一条鱼，根据视深则有，鱼的实际深度比看到的要深，故B错误；C．光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角，故C错误；D．一切波都能发生干涉和衍射，干涉和衍射是波特有的现象，故D错误。故选A。方法探究方法探究一、光的衍射1.单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹.中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹.(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大.2.圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现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.如图所示.3.圆板衍射(泊松亮斑)(1)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.衍射图样如图所示.(2)中央是亮斑，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.二、单缝衍射与双缝干涉的比较1.不同点(1)产生条件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(单缝衍射：只要狭缝足够小,双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加))(2)图样eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，两侧亮条纹变暗变窄,双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹))2.相同点(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果.(2)都是波特有的现象，表明光是一种波.课后小练课后小练一、单选题1．在单缝衍射实验中，仅减小单缝的宽度，则屏上（）A．条纹变宽，光强增强 B．条纹变窄，光强增强C．条纹变宽，光强减弱 D．条纹变窄，光强减弱【答案】C【详解】在单缝衍射实验中，单缝的宽度越小，衍谢现象越明显，条纹的间距越大；狭缝的宽度越小，通光量越小，视野的亮度会变暗，光强越弱，故仅减小单缝的宽度，条纹会变宽，光强减弱，故ABD错误，C正确。故选C。2．障碍物或孔的尺寸不同，光的一些行为有所不同，光的波长不同，发生的一些光行为也不同，下列说法中正确的是（）A．波长越长的光，越容易发生衍射，因此要提高光学仪器的分辨率应尽量使用波长大的光或口径小的透镜B．波长越短的光，衍射越不明显，越容易沿直线传播，因此遥感卫星应尽可能利用波长短的光C．小孔成像的原理是光的直线传播，小孔衍射的原理也是光的直线传播D．小孔衍射不遵守光的直线传播规律，也不遵守光路可逆原理【答案】D【详解】A．提高光学仪器的分辨本领应减小衍射影响，所以要利用波长短的光或口径大的透镜，故A错误；B．遥感卫星要克服大气层对光的遮挡作用，因此应使用波长长的红外线，故B错误；C．D．小孔衍射是一种衍射现象，不遵守光的直线传播规律，也不遵守光路可逆原理，故C错误，D正确。故选D。3．如图，在大山后面的屋舍听广播（信号波长为）要比看电视（信号波长为）的效果好，这是由于（）A．广播信号更容易发生明显的衍射现象 B．电视信号更容易发生明显的衍射现象C．广播信号更容易发生明显的干涉现象 D．电视信号更容易发生明显的干涉现象【答案】A【详解】听广播效果更好，是因为广播信号的波长比电视信号的长，更容易绕到大山后面发生明显的衍射现象。故选A。4．以下说法中正确的是（）A．波要发生衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象B．要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长C．波长越短的波，越容易发生明显的衍射D．只有波才有衍射现象【答案】D【详解】A．衍射是波特有的现象，即任何波都会发生衍射现象，只不过存在明显与不明显的差别而已；波要发生明显衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生明显衍射现象，A错误；B．要观察到水波明显的衍射现象，必须使缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟水波的波长相差不多，或者比水波的波长更小时，才能观察到水波的明显衍射现象，B错误；C．波长越短的波，越不容易发生明显的衍射，C错误；D．只有波才有衍射现象，D正确。故选D。5．如图所示，两束光线甲和乙分别射到同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图甲、乙所示，将这两束光以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线都是由圆心O点沿方向射出，下列说法正确的是（）A．甲光的频率较低，乙光的频率较高B．A光与甲光对应，B光与乙光对应C．分别让A、B光通过同一单缝，在同一光屏上A光的条纹宽度大于B光的条纹宽度D．A光在玻璃中传播速度大，B光在玻璃中传播速度小【答案】B【详解】A．双缝干涉实验中，相邻亮条纹间距为甲图间距较小，对应甲光的波长较短，频率较高，选项A错误；B．由图丙可知，A光的折射率较大，频率较大，则A光对应甲光，选项B正确；C．分别让A、B光通过同一单缝，波长越大，衍射越明显，因A光波长较小，故在同一光屏上A光的条纹宽度小于B光的条纹宽度，选项C错误；D．根据A光的折射率较大，在玻璃中传播速度小，选项D错误。故选B。6．物理原理在生活中有着许多应用，下列关于物理现象或物理原理应用的描述，错误的是（）A．平直道路上有一系列的减速带，汽车通过减速带的速度越大，振动越剧烈B．测量星球上发出的光波频率可以判断星球的靠近或远离是利用多普勒效应C．一束激光照射在足够小的障碍物上，其后方屏幕上出现光斑，这是光的衍射现象D．医学上的内窥镜，其核心部件光缆能传输光信号是利用光波的全反射【答案】A【详解】A．当汽车的固有频率等于减速带产生的驱动力频率时，汽车振动最剧烈，并不是速度越大（汽车通过减速带的周期越小，减速带产生的驱动力频率越大），振动就越剧烈，故A错误，符合题意；B．测量星球上发出的光波频率，通过判断频率变大还是变小，可以判断星球的靠近或远离，利用了多普勒效应，故B正确，不符合题意；C．一束激光照射在足够小的障碍物上，其后方屏幕上出现光斑，光偏离原来的直线传播，这是光的衍射现象，故C正确，不符合题意；D．内窥镜光缆能传输光信号是利用光波的全反射，故D正确，不符合题意。故选A。7．某三棱镜的横截面为等腰三角形，，边长为，空气中一束包含a、b两种单色光的细光束沿平行于方向照射到边的中点O，经三棱镜折射后分成a、b两束单色光（部分光路图如图所示）。其中，b单色光从O点入射后的折射光平行于。已知光在真空中传播速度为c。（不考虑面的反射）下列结论正确的是（）A．在该三棱镜中，单色光a的传播速度比b大B．单色光b在该三棱镜中发生全反射的临界角C满足C．若用单色光a、b分别通过同一单缝衍射装置，单色光a的中央亮纹间距比b的大D．仅改变入射光在边上入射点的位置，b光在该三棱镜中的传播时间始终为【答案】D【详解】A．根据折射定律可知b光的折射率小于a光的折射率，根据可知在该三棱镜中，单色光a的传播速度比b小，故A错误；B．由几何关系知a、b复合光的入射角为，b光的折射角为，则b光的折射率为则单色光b在该三棱镜中发生全反射的临界角C满足故B错误；C．由A选项可知，a光折射率大于b光折射率，则a光频率大于b光频率，根据可知a光的波长小于b光波长，可知若用单色光a、b分别通过同一单缝衍射装置，单色光a的相邻亮纹间距比b的小，故C错误；D．如图所示改变入射光在边上入射点的位置，由于入射角始终为，所以折射光b始终平行于AC，根据B选项可知，b光在BC边会发生全反射，因为，可得因为所以所以在平行四边形中在等腰中所以从边上任意位置射入的光线，b光的路径等于AC的长度，则又解得故D正确。故选D。8．如图所示，一束复色光由半圆形玻璃砖的右侧面沿半径射入，经AB界面折射后分为a、b两束单色光，则下列说法正确的是（）A．在半圆形玻璃砖中，b光的传播时间小于a光的传播时间B．现将入射光绕O点在纸面内逆时针转动，则a光先消失C．遇到障碍物时，a光更容易发生明显的衍射现象D．分别用a、b两束光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距【答案】C【详解】A．由可知b光的折射率大，由可知b光的传播速度小，路程相同，所以b光的传播时间长，故A错误；B．根据可知b光的临界角小，将入射光绕O点在纸面内逆时针转动，则b光先消失，故B错误；C．a光的折射率小，频率低，则波长长，遇到障碍物时，a光更容易发生明显的衍射现象，故C正确；D．a光的波长长，由可知分别用a、b两束光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故D错误。故选C。二、多选题9．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子（）A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在亮纹处，也可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大【答案】CD【详解】根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝后落在何处是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上。当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，综上所述。故选CD。10．下列所示的图片、示意图或实验装置图大都来源于课本，则下列判断正确的是（

）A．甲图是薄膜干涉的图像，照相机、望远镜的镜头镀的一层膜是薄膜干涉的应用B．乙图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”C．丙图是在平静无风的海面上出现的“蜃景”，上方是蜃景，下方是景物D．丁图是衍射图像，其最明显的特征是条纹间距不等【答案】ACD【详解】A．甲图是薄膜干涉的图像，照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜，即增透膜，光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互减弱，故A正确；B．乙图是圆板衍射，被称为“泊松亮斑”，而小孔衍射的图样，不是“泊松亮斑”，故B错误；C．丙图是在平静无风的海面上出现的“蜃景”，海面下层空气温度比上层低，密度比上层大，故海面附近的空气折射率从下到上逐渐减小，从远处的景物发出的光线射向海面时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回空气，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，而产生了“蜃景”现象，那么上方是蜃景，下方是景物，故C正确；D．丁图是衍射图像，衍射条纹中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，其间距不相等，故D正确。故选ACD。11．某河水下装有红绿两色彩灯，A、B为水下同一深度处两个相距较远的彩灯（均可看作点光源），夜晚站在桥上看平静的水面，灯A在水面形成的亮斑的半径较大，下列正确的是（）A．灯A是绿色光源B．灯B发出的光更容易发生衍射现象C．在水中灯A发出的光的传播速度大于灯B发出的光的传播速度D．灯A、B发出的光用同一装置做双缝干涉实验，屏幕上相邻亮条纹间距【答案】CD【详解】A．灯A在水面形成的亮斑的半径较大，可知灯A发出的光的临界角较大，根据可知折射率较小，频率较小，则灯A是红色光源，A错误；B．灯A发出的红光波长较长，更容易发生衍射现象，B错误；C．根据可知，在水中灯A发出的红光的传播速度大于灯B发出的绿光的传播速度，C正确；D．灯A、B发出的光用同一装置做双缝干涉实验，根据可知，波长越长，屏幕上相邻亮条纹间距越大，即D正确；故选CD。12．如图所示，一束复色光经三棱镜后分成a、b两束单色光，用这两种单色光作为光源，分别在相同的装置上进行双缝干涉实验以及单缝衍射实验，则（

）A．a光产生的干涉条纹间距更大B．b光产生的干涉条纹间距更大C．a光产生的单缝衍射条纹中央亮纹更宽D．b光产生的单缝衍射条纹中央亮纹更宽【答案】AC【详解】由图可知，b光折射率大，则b光频率大，根据可知b光波长小，a光波长大。AB．根据可知a光产生的干涉条纹间距更大，A正确、B错误；CD．波长越大，单缝衍射条纹中央亮纹更宽，可知C正确、D错误。故选AC。三、填空题13．如图，在双缝干涉实验中，S1和S2为狭缝，P是光屏上的一点，已知双缝S1、S2和P点的距离差为m，用单色光A在空气中做双缝干涉实验，若光源到缝S1、S2距离相等，且A光频率为Hz。则P点处是___________（填“亮”或“暗”）条纹；若将S2用遮光片挡住，光屏上的明暗条纹___________（填“均匀”或“不均匀”）分布。（