4.5 光的衍射（解析版）-2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第一册）

4.5光的衍射0101学习目标物理素养学习目标1.物理观念：①了解光的衍射现象。②知道衍射是波的特性。2.科学思维：.通过观察得出光明显衍射的条件。3.科学探究：经历光的衍射实验的过程，体会衍射是波的特性。4.科学态度与责任：通过生活中实例观察，引导学生体会物理之美，培养学习兴趣。1.了解光的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。2.知道衍射、衍射光栅在生产、生活以及科学技术中的应用，了解科学、技术和社会的关系。3.通过光的衍射的学习，对光的直线传播现象提出质疑，会从不同的角度思考物理问题。重点关注：①光的衍射现象、直线传播、明显衍射条件②单缝衍射、圆孔衍射、衍射光栅002思维导图003知识梳理（一）课前研读课本，梳理基础知识一、光的衍射1．用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。2．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，出现明暗相间的条纹。3．发生明显衍射现象的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显。二、衍射光栅1．构成：衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。2．原理：增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。3．透射光栅和反射光栅：在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。（二）辨析1.白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点?【答案】都是中央为白色条纹,两侧为彩色条纹。2.衍射和干涉条纹都是明暗相间的,两种条纹是否完全一样?【答案】不一样。衍射条纹是中间最宽、最亮,从中间向两侧逐渐变窄、变暗;干涉条纹是等间距的条纹,宽度和亮度相同。3.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?【答案】不对。光遇到小孔、单缝或障碍物时,一定发生衍射现象,只是有明显与不明显之分,无发生与不发生之别。004题型精讲【题型一】光的衍射【点拨】【点拨】三种衍射图样的特点：1．单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，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，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.圆孔衍射与圆盘衍射项目圆孔衍射圆盘衍射(泊松亮斑)图样区别(1)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。(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。(3)用不同单色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。(4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色的同心圆环。(1)若在单色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(与圆孔衍射图样中心亮斑比较，泊松亮斑较小)，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。相同不等间距的明暗相间条纹【典型例题1】（2024·江苏扬州·模拟预测）用一束红色激光照射单缝，光屏上出现的现象如图所示，下列操作可使中央亮条纹变宽的是（）A．增大激光束的宽度 B．减小单缝的宽度C．减小屏到单缝的距离 D．改用绿色激光照射【答案】B【详解】AB．单缝衍射中央亮条纹的宽度和亮度与单缝的宽度有关，单缝宽度越窄，亮度越弱，衍射现象越明显，则条纹的宽度越宽，与激光束的宽度无关，故A错误，B正确；C．减小屏到单缝的距离，中央亮条纹变窄，故C错误；D．改用绿色激光照射，因波长变短，衍射现象变得不明显，则中央亮条纹变窄，故D错误。故选B。【对点训练1】（23-24高二下·上海·期中）（多选）一束红光经过狭缝在光屏上得到如图所示的图样，则（

）A．该图样属于红光的干涉图样B．狭缝宽度必远大于红光波长C．光沿直线传播只是近似规律D．减小狭缝宽度，条纹间距变宽【答案】CD【详解】A．红光通过单缝，产生中间宽、两边窄的衍射图样，A错误；BD．当缝的宽度与光波的波长接近或比光波的波长少得多时能发生明显衍射现象，且减小狭缝宽度时，条纹间距变宽，B错误，D正确；C．光的波长比障碍物小得多时，可以把光的传播看做直线传播，故光沿直线传播只是近似规律，C正确。故选CD。【题型二】光的干涉与衍射对比【点拨】【点拨】1.单缝衍射与双缝干涉的比较种类项目单缝衍射双缝干涉不同点产生条件狭缝足够小(发生明显衍射)频率相同的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中央条纹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中央条纹最亮，越向两侧条纹越暗各条纹亮度基本相同相同点干涉、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2.干涉图样与衍射图样对比光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)；光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、圆盘衍射(泊松亮斑).【典型例题1】（23-24高二下·福建福州·期末）（多选）某实验小组在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，得到如下四幅图样，下列有关说法正确的是（）A．甲是单缝衍射图样 B．乙是双缝干涉图样C．丙是小圆孔衍射图样 D．丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样【答案】CD【详解】AB．衍射与干涉图样的区别是：前者是中间亮条纹明且宽大，越向两侧宽度越小，后者明暗条纹宽度相等，则甲是双缝干涉图样，乙是单缝衍射图样，故AB错误；CD．单色光照射小圆孔做衍射的实验时，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，条纹间距也不等，亮度向外逐渐变暗；而泊松亮斑的中间是一个比较小的亮点，亮度向外逐渐变亮，可知丙是小圆孔衍射图样，丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样，故CD正确。故选CD。【对点训练1】（23-24高二下·广东佛山·期中）（多选）如图所示为红光、蓝光经过狭缝装置得到的三个图样，下列说法正确的是（

）A．三个图均为衍射图样B．三个图均为干涉图样C．入射光的频率相同，狭缝越窄，中央亮纹的宽度越宽D．狭缝宽度不变，入射光的波长越长，中央亮条纹越宽【答案】ACD【详解】AB．三个图均为衍射图样。故A正确；B错误；C．由前两个图样比较可知，入射光的频率相同，狭缝越窄，中央亮纹的宽度越宽。故C正确；D．红光的波长大于蓝光的波长，由第一个和第三个图样比较可知，狭缝宽度不变，入射光的波长越长，中央亮条纹越宽。故D正确。故选ACD。005强化训练【基础强化】1．（23-24高二下·湖北·期中）汽车尾灯都是红色的，一个重要的原因是红光在大雾天气能被更远处的人看见，这是因为（）A．红光比其它色光频率更高，更容易沿直线传播B．红光比其它色光折射率更大，折射光路弯折更大C．红光比其它色光波长更长，更容易发生明显衍射D．红光比其它色光波长更长，波长长才能发生衍射【答案】C【详解】红光比其它色光波长更长，频率更低，折射率更小，更容易发生明显衍射，因此能够绕过雾气传播更远的距离，发生明显衍射的条件是波长大于等于障碍物尺寸即可。故选C。2．（23-24高二上·江苏南通·期末）研究两束激光波动现象的同一实验装置如图甲所示，实验中光屏上得到了如图乙、丙所示的图样。下列说法正确的是（）A．挡板上有两条平行的竖直狭缝B．乙光的波长大于丙光的波长C．增加激光器的强度可以使条纹间距变大D．乙、丙两列激光叠加后形成稳定的干涉条纹【答案】B【详解】A．由图乙条纹特点可知是衍射条纹，即挡板上有一条狭缝，故A错误；BC．衍射条纹中相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为明显如图乙中心间距大于如图丙所示的中心间距，得乙光的波长大于丙光的波长，由上式可知条纹间距与入射光的强度无关，故B正确，C错误；D．单缝只能产生衍射，不能干涉现象，则乙、丙两列激光叠加后不能形成稳定的干涉条纹，故D错误；故选B。3．（23-24高二下·重庆·阶段练习）a、b两束单色光的波长分别为λa和λb，分别通过相同的单缝衍射实验装置得到如图所示的图样，则这两束单色光（）A．b光的波动性比a光弱B．在水中的传播速度va＜vbC．发生全反射的临界角a光小于b光D．a、b光分别射向同一双缝干涉装置，干涉条纹间距＜【答案】A【详解】A．相同条件下，光的波长越长波动性越强，衍射越明显，由图可知a波长大于b波长，b光的波动性比a光弱，故A正确；B．由图可知a波长大于b波长，a频率小于b频率，a折射率小，所以在水中的传播速度va＞vb，故B错误；C．由图可知a波长大于b波长，a频率小于b频率，a折射率小，所以发生全反射的临界角a光大于b光，故C错误；D．a、b光分别射向同一双缝干涉装置，由可知，干涉条纹间距＞，故D错误。故选A。4．（2024·江苏南通·一模）如图所示，挡板上安装有宽度可调的一条狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝，狭缝宽度从调整为，光屏上可能呈现（

）A．图样①变化为图样② B．图样②变化为图样①C．图样③变化为图样④ D．图样④变化为图样③【答案】D【详解】AB．①和②为双缝干涉实验的图像，故AB错误；CD．用单色平行光照射狭缝，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，故可能呈现图样④变化为图样③。故C错误，D正确。故选D。5．（23-24高二下·宁夏·阶段练习）.如图所示分别是光、光各自通过同一单缝衍射仪器形成的图样（灰黑色部分表示亮纹，保持缝到屏距离不变），则下列说法正确的是（）A．在真空中，单色光的波长大于单色光的波长B．在真空中，光的传播速度小于光的传播速度C．双缝干涉实验时光产生的条纹间距比光的小D．光和光由玻璃棱镜进入空气后频率都变大【答案】A【详解】A．光的衍射条纹比光的衍射条纹宽，则光波长大于光波长，A正确；B．真空中各种色光速度均相同，B错误；C．根据双缝干涉实验时光产生的条纹间距比光的大，C错误；D．光发生折射时的频率不变，D错误。故选A。6．（23-24高二下·湖北·阶段练习）甲、乙两图是教科书上红光的单缝衍射和双缝干涉实验图样。下列有关光的干涉和衍射现象说法正确的是（

）A．图甲发生的是衍射现象，图乙发生的是干涉现象B．不改变其他条件，当用紫光做实验时，图甲的条纹间距变小C．不改变其他条件，当只减小缝的宽度时，图甲的条纹间距变大D．不改变其他条件，当只减小缝的宽度时，图乙的中央条纹宽度变小【答案】B【详解】干涉条纹的条纹等间距，由图可知图甲发生的是干涉现象，图乙发生的是衍射现象，根据，由于紫光的波长较小，所以不改变其他条件，当用紫光做实验时，图甲的条纹间距变小，不改变其他条件，当只减小缝的宽度时，图甲的条纹间距不变，图乙的中央条纹宽度变大。故选B。7．（23-24高二下·山东青岛·阶段练习）如图所示的四种明暗相间的条纹，是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样，图中黑色部分代表亮条纹，对下列四幅图分析正确的是（）A．A是红光的衍射条纹B．B是红光的衍射条纹C．C图对应的色光频率更小D．在同种介质中D图对应的色光波长更大【答案】D【详解】AB．干涉图样为等间距的，紫光的间距较小，所以图样A为红光的干涉条纹，图样B为紫光的衍射条纹，图样C为紫光的干涉条纹，图样D为红光的衍射条纹，故AB错误；C．红光的频率小于紫光的频率，所以C图对应的色光频率更大，故C错误；D．红光的波长大于紫光的波长，在空气中D图对应的色光波长更大，故D正确。故选D。8．（23-24高二下·重庆南岸·期中）在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，分别得到如下四幅图样，哪一个是由单缝衍射实验得到的图样（

）A． B．C． D．【答案】C【详解】A．图样是干涉条纹，故A错误；B．图样是圆孔衍射，故B错误；C．图样是单缝衍射，故C正确；D．图样是泊松亮斑，故D错误。故选C。【素养提升】9．（23-24高二下·河南·阶段练习）（多选）利用图甲所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在处放置不同的光学元件，光屏上可得到如图乙中1和2两种图样。下列说法正确的是（

）A．图样1对应单缝，缝越宽，衍射现象越明显B．图样1对应双缝，双缝间距越大，中央条纹越宽C．图样2对应单缝，增大和光屏之间的距离，相邻条纹间距变大D．图样2对应双缝，增大入射光的波长，相邻条纹间距变大【答案】CD【详解】AB．1是单缝衍射图样，缝越窄，衍射现象越明显，AB错误；CD．2是双缝干涉图样，根据可知，增大入射光的波长，或则增大双缝到光屏的距离，相邻条纹间距变大，CD正确。故选CD。10．（23-24高二下·山西太原·期末）关于衍射图样，下列选项正确的是（）A．甲图是白光的单缝衍射条纹B．乙图是单色光单缝衍射产生的图样C．丙图是法国科学家泊松在实验中首次观察到的泊松亮斑D．丁图是英国物理学家沃森和克里克做实验获得的一系列DNA纤维的电子射线衍射图样【答案】B【详解】A．白光的单缝衍射图样是彩色的直条纹，故A错误；B．乙图是单色光单缝衍射产生的图样，是明暗相间的直条纹，中间是亮纹，选项B正确；C．丙图是阿拉果在实验中首次观察到的泊松亮斑，光线照射到圆板上，在圆板的后面出现一个亮斑，选项C错误；D．丁图是英国物理学家沃森和克里克做实验获得的一系列DNA纤维的X射线衍射图样，选项D错误。故选B。11．（2021高三·全国·专题练习）如图甲可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率n，O是圆心，MN是法线，一束单色光线以入射角i＝30°由玻璃砖内部射向O点，折射角为r，当入射角增大到也为r时，恰好无光线从