光的衍射高二物理素养提升学案（人教版2019选择性）

高中物理选择性必修一素养提升学案第四章光

光的衍射【核心素养目标】物理观念1.了解光的衍射现象。2.知道衍射是波的特性。科学思维.通过观察得出光明显衍射的条件。科学探究经历光的衍射实验的过程，体会衍射是波的特性。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。【知识点探究】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：在障碍物的尺寸跟光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。4．衍射光栅（1）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）衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。【温馨提示】当障碍物较大时，衍射现象仍会发生，只是不明显。用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹。【考点探究】光的衍射取3块不透光的板，在每块板的中间各开1个圆孔，3块板所开的圆孔大小不一。先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现一个明亮的圆形光斑图a；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图b；最后用圆孔最小（直径约为1mm）的那块板，在屏上会出现图c。（1）图b中的屏上产生了什么现象？（2）比较屏上图b和图c说明了什么？提示：（1）衍射。（2）孔越小，衍射现象越明显。1．产生明显衍射的条件障碍物的尺寸可以跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射。对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显。由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多。2．三种不同的衍射现象及特点（1）单缝衍射①现象：如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象。②单缝衍射图样的四个特点：a．中央条纹亮而宽；b．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；c．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；d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。（2）圆孔衍射①现象：圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图乙a中所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙b中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环。甲abc乙②圆孔衍射图样的两个特点：a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外，亮环亮度越低。b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，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，如图乙中c所示。②障碍物的衍射图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，圆形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。与小孔衍射图样有明显区别。【典例1】1．对于光的衍射现象，下列说法正确的是（）A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比，甚至比光波波长还要小的时候，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【详解】光的衍射现象说明了光具有波动性，在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象比较明显，在光的波长比障碍物的尺寸小的情况下，衍射现象不明显，可以认为光是沿直线传播的，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，衍射现象是波特有的现象，不是光特有的现象。故选AD。思路点拨：通过衍射现象可知光具有波动性。【关键点拨】对衍射现象的理解（1）衍射现象是否明显方面：入射光波长越大，障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小，衍射现象越明显。（2）衍射条纹的亮度方面：小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越小。【同步训练】2．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．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的B．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的C．中央均为亮点的同心圆条纹D．中央均为暗点的同心圆条纹【答案】C【详解】小圆孔衍射图样，中央是亮的，亮点周围是明暗相间的同心圆环状条纹；小圆盘衍射图样，中央也是亮的，叫泊松亮斑，亮斑周围也有明暗相间的同心圆条纹，故只有C正确，ABD均错误。故选C。3．某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条宽为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（）A．

B．

C．

D．

【答案】B【详解】根据衍射条纹的特点进行判断，光的衍射条纹与狭缝平行，且中间宽、两边窄，不等间距，故B项正确，A、C、D项错误。故选B。（2023湖南名校联合体高二期末）4．在夜晚给一个发光的灯拍摄照片时，照片中可能会出现从灯中心发出的一些光线，如图1所示，这个有趣的现象称为“星芒”。出现星芒现象的本质原因是光的衍射。某实验小组进行了如下两组实验，来研究星芒线长度与相机镜头口径值（F值）及波长的关系。实验一：保持光源与相机的距离L、曝光时间t、光圈形状不变，相机感光度IOS值为100，通过改变相机镜头口径值（F值）进行实验，实验结果如图2所示；实验二：保持光源与相机的距离L、曝光时间t、光圈形状不变，相机感光度IOS值为100，光圈F值14，通过选择不同颜色的光源进行实验，实验结果如图3所示（R为红光，B为蓝光）。下列说法不正确的是（

）A．为了使拍出的照片更加清晰（星芒线越短），需要调大相机镜头口径值（F值）B．两组实验均采用了控制变量法C．保持其他条件相同，光源发出的光波长越大，拍出的照片中星芒线越长D．有些照片中没有出现星芒现象，说明在拍摄过程中光没有发生衍射现象【答案】D【详解】A．由实验一可知F越大，星芒线越短，照片越清晰，故A正确；B．研究星芒线长度与相机镜头口径值（F值）关系时，控制光源的颜色相同，研究星芒线长度波长的关系时，控制与相机镜头口径值（F值）相同，两实验均采用了控制变量法，故B正确；C．由实验二或衍射知识可知，波长越大，衍射现象越明显，星芒线越长，故C正确；D．没有出现星芒现象说明衍射现象不明显，不能说没有发生衍射现象，故D错误。本题选不正确的，故选D。（2023福建宁德三模）5．光刻机又名“掩模对准曝光机”，是制造芯片的核心装备，它是利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示。则加上液体后，下列说法中正确的是（）A．紫外线进入液体后光子能量增加B．紫外线在液体中的波长比在真空中短C．传播相等的距离，紫外线在液体中比在真空中的时间长D．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射【答案】BC【详解】A．紫外线进入液体后,频率不变，则光子的能量不变，故A错误；BC．由公式可知，紫外线在液体中传播速度小于真空中的传播速度，由可知，紫外线在液体中的波长比在真空中短，由可知，传播相等的距离，紫外线在液体中比在真空中的时间长，故BC正确；D．外线在液体中波长变短，由发生明显衍射的条件可知，紫外线在液体中比在空气中更不容易发生衍射，故D错误。故选BC。（2023广东揭阳名校质检）6．某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（

）A．甲图属于圆孔衍射B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里【答案】B【详解】A．根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，故A正确；B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。本题选择错误选项；故选B。（2023天津南开区一模）7．下列说法正确的是（

）A．光的干涉和衍射现象说明光不仅具有波动性，而且具有粒子性B．照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象C．无线电波的波长较长，所以发生明显的衍射现象比X射线更困难一些D．光纤通信依据的原理是光的折射，且内芯的折射率比外套的折射率大【答案】B【详解】A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，不能说明光具有粒子性，故A错误；B．照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象，故B正确。C．无线电波的波长较长，所以发生明显的衍射现象比X射线更容易一些，故C错误；D．光纤通信依据的原理是光的全反射，且内芯的折射率比外套的折射率大，故D错误。故选B。（2023上海七宝模拟）8．用同一绿色激光光源先后照射I、II两个宽度不同的单缝，在距单缝相同距离的光屏上呈现的衍射图样分别如图（a）、（b）所示，这I、II两缝的宽度可能为（）A．1mm、2mm B．2mm、1mm C．50μm、100μm D．100μm、50μm【答案】C【详解】根据发生衍射的条件可知：单缝的宽度越宽，衍射现象越不明显，可知I缝的宽度小于II缝的宽度，又绿光的波长范围。故选C。9．一束红光经过狭缝在光屏上得到如图所示的图样，由此可知（）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．换用紫光照射，条纹间距变宽【答案】C【详解】A．由图可以看到，其条纹的特点是中央条纹最宽最亮，且条纹间距不相等，所以图为衍射图样，而不是干涉图样，故A不符合题意；B．由发生明显衍射条件可知，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，故B不符合题意；C．只有在光的波长比障碍物小的多时才可以把光的传播看做直线传播，光沿直线传播只是近似规律，故C符合题意；D．由衍射图样的特征可知，中央亮条纹的宽度与入射光的波长和单缝宽窄有关，入射光波长越长，单缝越窄，中央亮条纹的宽度越大，而红光的波长比紫光的波长要长，换用紫光照射，条纹间距变窄，故D不符合题意。故选C。