人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案：4 5 光的衍射

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE1第5节光的衍射核心素养物理观念科学思维1.观察光的衍射的现象，认识衍射条纹的特点。2.知道光产生明显衍射的条件。3.知道光沿直线传播是一种近似规律。能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析。知识点一光的衍射〖观图助学〗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亮条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。2.衍射图像：衍射时产生的亮暗条纹或光环。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，中央为白色条纹。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。(1)衍射是波的特有的现象，一切波均能发生衍射现象。(2)光遇小孔、单缝或障碍物时，衍射现象只有明显不明显之分，没有发生不发生之别。(3)可见光的波长范围：400nm～760nm，因此光的衍射现象不易观察到。

知识点二衍射光栅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。〖思考判断〗(1)平时很难观察到光的衍射现象是因为一般的障碍物或缝比光波的波长大很多的缘故。(√)(2)白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹。(×)(3)光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射。(√)(4)光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射。(×)为了提高分辨能力，天文望远镜都做的很大。核心要点光的衍射〖要点归纳〗1.衍射现象是否明显：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：小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越小。〖试题案例〗〖例1〗(多选)对光的衍射现象的定性分析，下列描述中正确的是()A.只有障碍物尺寸小时，光才会发生衍射现象B.衍射现象是光波互相叠加的结果C.光的衍射否定了光的直线传播的结论D.光的衍射为光的波动说提供了有力的证据〖解析〗光遇到障碍物都可以发生衍射现象，只不过有明显和不明显之分，A项错误；衍射现象是光波互相叠加形成的，B项正确；光的衍射现象与光的直线传播并不矛盾，前者是波动性的体现，后者是粒子性的体现，故C项错误，D项正确。〖答案〗BD〖针对训练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〖解析〗由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大，本题是将缝调宽，现象向相反的方向变化，故选项A正确，B、C、D错误。〖答案〗A核心要点三种衍射图样的特点和比较〖观察探究〗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)屏上图b产生了什么现象？(2)比较屏上图b和图c，说明了什么？〖答案〗(1)光离开直线传播的路径，发生了衍射现象。(2)孔越小，衍射越明显。〖探究归纳〗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，中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄。(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低。(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(1)圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播)；减小圆孔，光屏上出现光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上出现图丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样)。(2)圆孔衍射的图样特征①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，圆(亮)环亮度越低。②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。3.圆板衍射(1)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，若在单色光(如激光)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。(2)形成泊松亮斑时，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。(3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。〖试题案例〗〖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〖解析〗甲图的衍射图为明暗相间的圆环，而乙图为在影的中心有一个亮斑——泊松亮斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样，故A正确。〖答案〗A衍射图样的特征(1)对于衍射条纹的特征用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”。其中“中白边彩”只适合于白光光源。(2)各种衍射图样的形状不同，而图样的分布规律、影响因素都是类似的。〖针对训练2〗某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽度为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()〖解析〗单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，B正确。〖答案〗B1.(光的衍射)(多选)关于衍射，下列说法中正确的是()A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B.双缝干涉中也存在着光的衍射现象C.一切波都很容易发生明显的衍射现象D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实〖解析〗干涉和衍射都是波叠加的结果，干涉中有衍射现象，衍射中也有干涉现象。当障碍物的尺寸远大于波长时，衍射现象不明显，因而形成影。但影的形成与衍射现象并不矛盾。〖答案〗AB2.(衍射光栅)(多选)下列说法正确的是()A.增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变窄B.增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变宽C.增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变暗D.增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变亮〖解析〗根据光栅的特点可知选项A、D正确。〖答案〗AD3.(光的衍射图样)(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是()A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹B.蓝光的单缝衍射图样是宽度相同、明暗相间的直条纹C.光照到不透明小圆盘上其阴影处出现泊松亮斑，说明发生了衍射D.光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射〖解析〗单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，A正确；蓝光的单缝衍射图样是宽度不相同、明暗相间的直条纹，B错误；光照到不透明小圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象，C正确；光的衍射现象只有明显与不明显之分，D错误。〖答案〗AC4.(单缝衍射与双缝干涉的比较)如图所示的四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