4.5光的衍射 学案-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册（含答案）

4.5光的衍射学习目标1、认识光的衍射现象，进一步了解光波的特性。2、了解光产生明显衍射的条件及衍射图样与波长、缝宽的关系。3、知道“光的直线传播”是一种近似规律。重点难点1、通过众多的光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性。（重点）2、光的衍射现象与干涉现象从根本上讲都是光波的相干叠加。（重点）3、衍射条纹成因的初步说明。（难点）自主探究一、光的衍射1、衍射现象和衍射条纹(1)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。(2)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，亮条纹的宽度越窄，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。二、衍射光栅1、衍射光栅的结构：由许多等宽的狭缝等距离地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。探究思考一、三种不同的衍射现象及特点形成衍射的原因：绕到障碍物后的光，到光屏处的路程差满足一定的特点，叠加时加强或减弱，形成明暗相间的条纹。1、单缝衍射单缝衍射图样的四个特点：（1）中央条纹亮而宽；（2）两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱；（3）波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长长的中央条纹宽，条纹间距大；（4）白光的单缝衍射条纹中央为嵌有红边的白色亮条纹，两侧为彩色条纹，彩色条纹的外侧为红色，内侧为紫色。2、圆孔衍射圆孔衍射图样的两个特点（1）单色光的圆孔衍射图样中央圆斑的亮度大，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：中央圆斑为白色，周围是彩色圆环。3、泊松亮斑——障碍物的衍射现象（1）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。（2）障碍物的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。（3）周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。【典例一】1、单色光源发出的光经一狭缝,照射到光屏上,可观察到的图样是下列的()A. B.C. D.解题思路：单色光源经过单缝产生衍射现象，图样的中间是亮而宽的明纹，两边是明暗相间较窄的条纹，故只有A符合。答案：A二、单缝衍射与双缝干涉的比较1、单缝衍射与双缝干涉的比较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，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间距相等亮度中央条纹最亮，两边最暗条纹清晰，亮度基本相同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。【典例二】2、如图所示，四个图是不同的单色光采用相同装置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.是光的干涉图样B.是光的干涉图样C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短D.形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短解题思路：干涉图样的条纹等间距，故A正确，B错误；无论是干涉还是衍射，形成的条纹间距大的波长长，故CD错误。答案：A随堂训练1、观察单缝衍射现象时,把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm,看到的现象是()A.衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显B.衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显C.衍射条纹的间距不变，只是亮度增强D.以上现象都不会发生答案：A2、对衍射现象的定性分析，不正确的是()A.光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象B.衍射条纹图样是光波相互叠加的结果C.光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据D.光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论答案：D3、在单缝衍射实验中，下列说法不正确的是(

)A.将入射光由黄光换成绿光，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：B4、抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细,如图所示,观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化(

)A.这里应用的是光的衍射现象B.这里应用的是光的干涉规象C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细答案：AD5、单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。下图是实验的示意图，挡光片A固定，挡光片B固定在待测金属棒上端，间形成平直的狭缝，激光通过狭缝，在光屏上形成衍射图样，温度升高，金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变化。在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数。下列说法正确的是()A.使用的激