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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 (　)
A　　B
C　　D
[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·海亮高级中学月考] 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1　ABC　[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1　ABC　[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2　B　[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2　D　[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3　B　[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=λ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3　A　[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.

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