2022-2023学年高二物理同步讲义（人教）4.5 光的衍射（学生版）

第05讲光的衍射目标导航目标导航课程标准课标解读1．观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点．2．知道产生明显衍射现象的条件．1．了解光的衍射现象，知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件；初步了解衍射光栅．2．了解光产生明显衍射的条件，及衍射图样与波长、缝宽的定性关系．3．了解如何通过实验观察光的衍射现象并可以区分几种不同的衍射图样．4．能用衍射知识对生活中的现象进行分析和解释．知识精讲知识精讲知识点01光的衍射1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象．2．衍射图象：衍射时产生的明暗条纹或光环．3．单缝衍射：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，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹．4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环．5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象．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．6．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．【即学即练1】(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的天气现象，发生沙尘暴时能见度只有十几米，天气变黄变暗，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知识点02各种衍射图样1．单缝衍射图样(1)中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等．越靠外，条纹间距越小．(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低．(3)中央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．入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大．(4)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮．2．圆孔衍射图样(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，周围是彩色同心圆环．(5)只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样，在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗．3．不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)(1)中央是亮斑．(2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小，而且背景是明亮的．【即学即练2】关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是()A．甲图是光的干涉图样B．乙图是光的衍射图样C．丙图是利用光的折射原理D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率知识点03单缝衍射与双缝干涉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窄，任何光都能发生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，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.对单缝衍射和双缝干涉的三点提醒(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)光波的波长变大，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，可认为是各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加．【即学即练3】(多选)如图甲、乙所示是单色光通过窄缝后形成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能力拓展能力拓展考法01衍射现象【典例1】对于单缝衍射现象，下列说法正确的是()A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线D．入射光的波长越短，衍射现象越明显考法02衍射图样【典例2】某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样．据此可以判断出()A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大考法03干涉与衍射【典例3】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，衍射条纹是黑白相间的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

题组A基础过关练1．(多选)对光的衍射现象的定性分析，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沿直线传播的结论2．(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是()A．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射B．白光的单缝衍射图样是黑白相间的直条纹C．双缝干涉中也存在衍射现象D．双缝干涉图样与单缝衍射图样中的条纹宽度都是均匀的，只是亮度规律不同3．让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现()A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失B．由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失D．由大变小的三角形光斑，小圆形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失4．(多选)在单缝衍射实验中，下列说法正确的是()A．其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄B．其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C．其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D．其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽5．(多选)用单色光做双缝干涉实验和单缝衍射实验，比较屏上条纹，下列说法中正确的是()A．双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹B．单缝衍射条纹是等间距的明暗相间的条纹C．双缝干涉条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹D．单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹6．在学习了光的衍射现象后，徐飞回家后自己设置了一个小实验。在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，他在屏上看到的现象是()A．先是圆形亮区，最后完全黑暗B．先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗C．先是圆形亮环，最后完全黑暗D．先是圆环亮环，然后圆形亮区，最后完全黑暗7．如图所示是通过用两个刀片组成的宽度可以调节的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个图象。当狭缝宽度从1.8mm逐渐变小时，所看到的四个图象的顺序是()A．abcdB．dcbaC．bacdD．badc8．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，用小孔时中央是亮的B．用小圆盘时中央是亮的，用小孔时中央是暗的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9．(多选)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10．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11．(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示。激光束通过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同，则()A．这是利用光的干涉现象B．这是利用光的衍射现象C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了12．某同学自己动手制作如图所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：(1)该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现不等间距条纹，此条纹是由于________产生的．(2)移去A后，遮住缝S1或缝S2中的任一个，C上均出现一窄亮斑．出现以上实验结果的主要原因是____________．13．如图所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片。(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系。(2)试说明照片(4)中中央条纹的颜色及成因。14．某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布，某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是________(选填“单缝”或“双缝”)，当做干涉甲乙现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，可选用宽度较________的双缝(选填“宽”或“窄”)，或使缝屏与光屏间的距离________(选填“增大”或“减小”)．题组B能力提升练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，只是亮条纹比原来暗些B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹变宽些C．只有一条与缝宽对应的亮条纹D．无条纹，只存在一片红光2．孔雀开屏时羽毛上形成闪烁绚丽的色彩，瀑布在阳光下呈现的彩虹以及通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹，这些现象分别属于()A．光的干涉、色散和衍射现象B．光的干涉、衍射和色散现象C．光的衍射、色散和干涉现象D．光的衍射、干涉和色散现象3．(多选)关于光的干涉和衍射，下列说法正确的是()A．双缝干涉是两束相干光相遇时出现的干涉现象，而薄膜干涉是一束光经薄膜的前后表面反射后相互叠加形成的干涉现象B．双缝干涉时，当其他条件不变，双缝间距越小，干涉条纹间距越大，波长越长，干涉条纹间距越大C．照相机镜头镀有增透膜，其作用是让各种色光都发生干涉相消，增强透射光D．泊松亮斑是光的衍射现象，证明了光具有波动性E．双缝干涉证明光是一种波，薄膜干涉证明光是一种粒子4．某同学使用激光器作光源，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()5．如图所示的甲、乙、丙、丁图形中，属于有著名的泊松亮斑的衍射图样和单缝衍射图样的分别是()A．甲、丙B．甲、丁C．乙、丙D．乙、丁6．如图所示，a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果有相同的折射角。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．做单缝衍射实验时，若其他条件相同，用b光产生的中央亮条纹要比用a光产生的中央亮条纹宽C．用a光更易观测到泊松亮斑D．做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用a光产生的干涉图样中的条纹间距要比用b光产生的条纹间距大7．抽制细丝时可以用激光监控其粗细，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()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，表明抽制的丝粗了④如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝细了A．①③B．②④C．①④D．②③8．(2020-2021学年北京市101中学高二(下)期末)在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的信息通常是通过激光束来读取的．若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示．下列说法中正确的是()A．图中光束①是红光，光束②是蓝光B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的中央亮纹比光束②的窄D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的宽9．(2020-2021学年天津市第一中学高二(下)期末)(多选)蓝光光盘是利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据的光盘，而传统DVD光盘需要光盘发出红色激光来读取或写入数据。对于光存储产品来说，蓝光光盘比传统DVD光盘的存储容量大很多。如图由红、蓝两种单色光组成的复合光束射入一玻璃球体，当入射角等于60°时，其折射光束和出射光束如图所示。已知a光束第一次射出此玻璃球体后的出射光束相对复合光束的偏折角也为60°，则下列说法正确的是()A．该玻璃球体对a光的折射率为B．