2023-2024（上） 全品学练考 高中物理 选择性必修第一册第4章 光光的衍射导学案含答案

2023-2024（上）全品学练考高中物理选择性必修第一册第4章光5光的衍射学习任务一光的衍射[教材链接]阅读教材,填写光的衍射的相关知识.(1)衍射现象:当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,传播到的地方,这就是光的衍射现象.

(2)发生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸跟光的波长,甚至比光的波长,衍射现象十分明显.

例1(多选)对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发生传播的现象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理论变式1(多选)下列情况中能产生明显衍射现象的是()A.光的波长比孔或障碍物的尺寸大得多B.光的波长与孔或障碍物的尺寸可相比C.光的波长等于孔或障碍物的尺寸大小D.光的波长比孔或障碍物的尺寸小得多【要点总结】光在没有障碍物的均匀介质中沿直线传播,在障碍物的尺寸比光的波长大得多时,衍射现象不明显,也可以认为光沿直线传播.学习任务二三种不同的衍射现象[物理观念](1)单缝衍射①单色光的单缝衍射图样是明暗相间、从中央向两边的亮度越来越暗且不等距的条纹,中央是亮条纹,亮度高,宽度大;单色光的波长越长,条纹间距越大,中央亮条纹越宽.②白光的单缝衍射图样中央是白色亮条纹,两边是彩色条纹,其中最靠近中央亮条纹的色光是紫光,最远离中央的是红光.(2)圆孔衍射①单色光的圆孔衍射图样中央亮条纹的亮度大,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亮环为白色,周围是彩色圆环.(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,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.例2如图所示,A、B、C、D四个图是某种单色光形成的干涉或衍射图样.请在四个图当中找出与其他三个不同类型的图样 ()ABCD[反思感悟]

变式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学习任务三单缝衍射与双缝干涉的比较[物理观念]种类单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要缝或孔足够小,任何光都能发生频率和振动方向相同、相位差恒定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不相等相等亮度中央条纹最亮,两边条纹变暗条纹清晰,亮度基本相同相同点成因干涉、衍射都形成明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果意义干涉、衍射都是波特有的现象,表明光是一种波例3[2022·山东青岛二中月考]用红光、蓝光分别做双缝干涉实验,用黄光、紫光分别做单缝衍射实验,得到的图样如图所示(黑色部分表示亮纹).在四个图中从左往右排列,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、紫变式3利用图甲所示的装置,观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到图乙和图丙两种图样.则 ()A.乙对应单缝,丙对应双缝B.乙对应双缝,丙对应单缝C.都是单缝,乙对应的缝宽较大D.都是双缝,乙的双缝间距较大变式4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,B为双缝,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,此条纹是由产生的.

(2)移去A后,遮住缝S1与缝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.

(3)若光通过缝S1或缝S2后在C上依次出现如图甲、乙、丙、丁所示条纹,说明.

1.(光的衍射)让太阳光垂直照射一块大的遮光板,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,明暗相间的黑白色条纹,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2.(光的干涉和衍射图样的区分)如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器和同一个单缝衍射仪器形成的图样(黑色部分表示亮纹,保持缝到屏的距离不变),其中属于蓝光的衍射图样的是 ()3.(衍射光栅)(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5光的衍射[教材链接](1)相当宽(2)相当还小例1ABC[解析]衍射现象是波绕过障碍物发生传播的现象,衍射条纹是波的叠加的结果,干涉、衍射是一切波所具有的特性,选项A、B、C正确;光的直线传播只是近似的,只有在光的波长比障碍物尺寸小得多的情况下,光才被看作是沿直线传播的,所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的,选项D错误.变式1ABC[解析]发生明显衍射的条件是障碍物、缝、孔的尺寸可以与光的波长相比甚至比光的波长还小.例2B[解析]干涉图样的条纹间距相等,衍射图样的中央条纹最宽,所以B是光的干涉图样,A单缝衍射,C圆孔衍射,D是泊松亮斑(圆盘衍射),故B符合题意.变式2D[解析]此实验说明了光的衍射现象,且光具有波动性,A错误;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;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;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.例3B[解析]双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有亮条纹宽度相同且等间距,根据双缝干涉条纹间距Δx=ldλ可知,波长λ越大,则Δx越大,故左边第一个是红光的,第三个是蓝光的;单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,且波长越大,则中央亮条纹越粗,选项B正确变式3A[解析]单缝衍射图样为中央亮纹最宽最亮,往两边变窄,双缝干涉图样是明暗相间的条纹,条纹间距相等,条纹宽度相等,结合图乙、丙可知,乙对应单缝,丙对应双缝,A正确,B、C、D错误.变式4(1)光的衍射(2)双缝S1、S2太宽(3)缝S1或缝S2越来越窄[解析](1)移去B后,只剩下单缝,发生单缝衍射现象,形成不等间距的条纹,故此条纹是由光的衍射产生的.(2)没有出现明暗相间的条纹,只出现一个窄亮斑,说明衍射现象不明显,其主要原因是双缝S1、S2太宽.(3)从四张单缝衍射图样可以看出,由图甲到图丁,衍射现象越来越明显,说明缝S1或S2越来越窄.随堂巩固1.D[解析]三角形孔稍大时,根据光的直线传播规律,可知屏上呈现的是三角形光斑;逐渐减小三角形孔,到一定程度又符合小孔成像原理,屏上呈现小圆形光斑,即太阳的像;再减小三角形孔,至其大小与光的波长可比时,屏上又会呈现出彩色条纹,这是光通过小孔后的衍射图样.D正确.2.B[解析]条纹间距相等的图样属于光的干涉图样,故A、C错误;条纹间距不相等的图样属于衍射图样,由于红光的波长大于蓝光的波长,所以红光的衍射图样中的中央亮条纹的宽度比蓝光的大,故B正确,D错误.3.ABD[解析]衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的,分为透射光栅和反射光栅两类,对于透射光栅来说,当光照到刻痕上时,由于光发生漫反射而不太透光,未刻痕的部分相当于透光的狭缝,故A、B、D正确,C错误.5光的衍射建议用时:40分钟◆知识点一光的衍射1.下列几种光中,最容易观察到光的衍射现象的是 ()A.紫光 B.绿光 C.黄光 D.红光2.如图所示是用游标卡尺两测量爪间的狭缝观察光源时所得到的三种图像.当游标卡尺两测量爪间的狭缝宽度从0.8mm逐渐变小时,所得到的图像的顺序是 ()A.abcB.cbaC.bacD.cab3.如图所示为一束红光经过狭缝装置得到的图样,下列说法正确的是 ()A.图为干涉图样B.图为衍射图样C.只减小狭缝宽度,中央亮纹会变窄D.只将红光换成蓝光,中央亮纹会变宽4.如图所示的四个图形中表示著名的泊松亮斑的是 ()◆知识点二单缝衍射与双缝干涉的比较5.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6.一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7.[2019·北京卷]利用图所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到图中甲和乙两种图样.下列关于P处放置的光学元件说法正确的是()A.甲对应单缝,乙对应双缝B.甲对应双缝,乙对应单缝C.都是单缝,甲对应的缝宽较大D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大8.(多选)[2022·苏州中学月考]中国女科学家屠呦呦因发现青蒿素而获得2015年诺贝尔医学奖,屠呦呦也成为首位获得该奖的中国人.在研究青蒿素化学结构中,研究人员用比可见光波长更短的X射线衍射方法最终确定了其化学结构.在做单缝衍射实验中,下列说法中正确的是()A.将入射光由可见光换成X射线,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,衍射条纹间距变窄9.(多选)在抽制很细的金属丝的过程中,可以用某种特殊强光随时监测抽丝的粗细情况.其装置如图甲所示,在抽丝机的细丝出口附近,用一束特殊强光沿与细丝垂直的方向照射细丝,在细丝的另一侧用光屏接收光.工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况(如图乙所示为沿光传播方向看到的光屏情况),便可知道抽制出的细丝是否合格.对于这种监控抽丝机的装置,下列说法中正确的是 ()A.这是利用光的直线传播规律B.这是利用光的衍射现象C.如果屏上条纹变宽,表明细丝粗了D.如果屏上条纹变宽,表明细丝细了10.某研究性学习小组用特殊强光照射圆孔和不透明圆板后,得到了如图甲、乙所示的衍射图样.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.甲是光线射到圆板后的衍射图样,乙是光线射到圆孔后的衍射图样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,乙孔的直径较大11.某同学使用特殊强光作为光源,在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的缝,进行光的衍射实验,如图所示,则他在光屏上看到的条纹是图中的 ()ABCD12.[2022·广东佛山一中月考]如图所示,在挡板上开一个大小可以调节的小圆孔P,用点光源S(波长为0.5μm)照射小孔,小孔后面放一个光屏MN,点光源和小孔的连线垂直于光屏,并与光屏交于其中心.当小孔的直径从1.0μm逐渐减小到0.1μm时,在光屏上看到的现象将会是 ()A.光屏上始终有一个圆形亮斑,并且其直径逐渐减小B.光屏上始终有明暗相间的同心圆环,并且其范围逐渐增大C.光屏上先形成直径逐渐减小的圆形亮斑,然后形成范围逐渐增大而亮度逐渐减弱的明暗相间的同心圆环D.光屏上先形成直径逐渐减小的圆形亮斑,然后形成范围逐渐减小而亮度逐渐增大的明暗相间的同心圆环13.如图甲、乙、丙所示为光分别通过狭缝、正方形孔与圆孔后产生的衍射图样.当光通过正六边形孔时,会在光屏上产生如图丁所示的衍射图样.根据图甲、乙、丙中提供的信息,分析说明产生图丁衍射图样的原因.5光的衍射1.D[解析]光的波长越长,越容易观察到光的衍射现象,红光的波长最长,最容易观察到红光的衍射现象,选项D正确.2.A[解析]用游标卡尺两测量爪间的狭缝观察光源时所看到的是光的衍射现象,狭缝越小,衍射现象越明显.故选A.3.B[解析]由题图可以看到,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错误,B正确;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,而红光的波长比蓝光的波长要长,故C、D错误.4.B[解析]泊松亮斑是光入射到不透明的圆盘上产生的衍射现象,衍射条纹的特点是在中央有一个亮斑,但亮斑较小,亮斑外侧的暗条纹较宽,即在较大阴影中心有一亮点,选项B正确.5.D[解析]从成因分析,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,故A、C错误,D正确;从条纹特点看,虽然条纹宽度、间距方面两者有所区别,但单色光的干涉条纹、衍射条纹都是明(由单色光的颜色决定)暗相间的,白光的干涉条纹、衍射条纹都是彩色的,故B错误.6.B[解析]双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样不同.衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现亮条纹,但衍射图样中央亮条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹,干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹,且距中央亮条纹远的亮条纹亮度迅速减弱,选项B正确.7.A[解析]根据衍射和干涉得到的图样特点可以得出结论,选项A正确.8.AC[解析]将入射光由可见光换成X射线,即波长λ变小,衍射条纹间距变窄,选项A正确;使单缝宽度变小,则衍射条纹间距变宽,选项B错误;换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽,选项C正确;增大单缝到屏的距离,则衍射条纹间距变宽,选项D错误.9.BD