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第3节　光的衍射
[定位·学习目标]　
1.知道光的衍射现象,知道产生明显衍射现象的条件。2.知道衍射条纹的特点。3.了解衍射光栅。
探究·必备知识
「探究新知」
知识点一　衍射现象
1.光的衍射:光绕过障碍物偏离 传播的现象称为光的衍射。
2.发生明显衍射现象的条件:只有当障碍物或孔的尺寸 光的波长时,甚至比光的波长还 的时候,衍射现象才明显。
3.显微镜、望远镜的分辨本领与 有关,光学仪器上的透镜直径越小,产生的衍射现象越 ,分辨本领就 。
直线
接近
小
衍射
明显
越低
知识点二　衍射光栅
1.构成
绷上许多平行的 的两个螺杆(或刻上许多 的玻璃片),这样的光学元件被称为衍射光栅。
2.衍射图样的特点
与单缝衍射相比,光栅衍射条纹的宽度变 ,亮度 。
3.种类
和 。
细金属线
均匀的细槽
增加
透射光栅
反射光栅
窄
「新知检测」
1.思考判断[正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的。(　　)
(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象。(　　)
(3)点光源照射一个障碍物,在屏幕上所成的阴影的边缘是模糊的,这种现象是光的衍射现象。(　　)
×
×
√
(4)在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中,缝越宽,衍射现象越显著。
(　　)
(5)白光通过盛水的玻璃杯,在适当的角度,可看到彩色光,是光的衍射现象。
(　　)
(6)光学仪器不可以通过增大仪器的放大率来提高它的分辨本领。(　　)
×
×
√
2.思维探究
(1)光的衍射是不是说明光不能沿直线传播
【答案】 (1)不是。光的衍射与直线传播是在不同条件下的表现,都是正确的。
(2)衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗
【答案】 (2)衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大,随着孔的减小,条纹亮度减弱。
突破·关键能力
要点一　衍射图样的比较
「情境探究」
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如图a;再换上圆孔中等的那块板,在屏上会出现图b情形;最后用圆孔最小(直径约为 1 mm)的那块板,在屏上会出现图c情形。
(1)屏上图b产生了什么现象
【答案】 (1)光在屏上照亮的范围大于光沿直线传播应照亮的范围,即出现光的衍射现象。
(2)比较屏上图b和图c,说明了什么
【答案】 (2)图c中圆孔更小,光照亮屏上的范围更大,说明圆孔越小,衍射现象越明显。
1.单缝衍射图样的特点
(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,越靠外,条纹间距越窄。
(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。入射光波长越长,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。
「要点归纳」
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情形,无明显的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图丙所示的衍射图样,出现明暗相间的圆环。
(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。
[例1] (双选)某实验小组在单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后,得到如下四幅图样,下列有关说法正确的是(　 　)
A.甲是单缝衍射图样
B.乙是双缝干涉图样
C.丙是小圆孔衍射图样
D.丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样
CD
【解析】 单缝衍射与双缝干涉图样的区别是,前者是中间亮条纹明亮且宽大,越向两侧宽度越小,后者明暗条纹间距相等,则甲是双缝干涉图样,乙是单缝衍射图样,故A、B错误。用单色光照射小圆孔做衍射的实验时,中央较大的区域内是亮的,周围是明暗相间的圆环,条纹间距也不等,亮度向外逐渐变暗;而泊松亮斑的中间是一个比较小的亮点,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外有不等间距的、明暗相间的圆环,可知丙是圆孔衍射图样,丁是圆板“泊松亮斑”衍射图样,故C、D正确。
对衍射现象的理解
(1)衍射现象是否明显方面:入射光波长越长,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,衍射条纹的亮度越暗。
·学习笔记·
[针对训练1] 在学习了光的衍射现象后,某同学回家后自己设计了一个小实验。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.先是圆形亮环,然后圆形亮区,最后完全黑暗
B
【解析】 在圆孔由大到小调节过程中,当孔较大时,光沿直线传播,在屏上得到圆形亮区;当孔的直径减小到与光波的波长相近时,产生明显的衍射现象,屏上将出现明暗相间的圆形亮环;当孔继续减小到完全闭合,没有光到达屏上时,屏上完全黑暗。
要点二　单缝衍射与双缝干涉的比较
「情境探究」
单缝衍射和双缝干涉得到的都是明暗相间的条纹,如何区别它们
【答案】 单缝衍射的条纹宽度不等,中央最宽,条纹间距不等;双缝干涉的条纹宽度相等,条纹间距相等。
「要点归纳」
项目 名称
单缝衍射 双缝干涉
不 同 点 产生条件 只要狭缝足够小,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 各相邻条纹间距相等
亮度 中央条纹最亮,两边变暗 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
[例2] 如图所示,甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样,分析各图样的特点可以得出的正确结论是(　　)
A.甲、乙是光的干涉图样
B.丙、丁是光的干涉图样
C.形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D.形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
A
[针对训练2] 利用图甲所示的装置(示意图),观察紫光的干涉、衍射现象,在光屏上得到图乙和图丙两种图样,则图乙应是　　　　(选填“干涉”或“衍射”)图样。若将紫光换成黄光,干涉图样中相邻两条亮条纹中心间距　 　　(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。
衍射
变宽
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
泊松亮斑——障碍物的衍射现象
(1)现象:若在单色光传播途中,放一个较小的圆形障碍物,会在阴影中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑,如图所示。
(2)圆形障碍物的衍射图样的特点:圆形阴影中心有一个亮斑,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。
[示例] 在一次观察光的衍射的实验中,观察到如图所示的清晰的明暗相间图样(黑线为暗纹),那么障碍物应是(　　)
A.很小的不透明的圆板
B.很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C.很大的不透明圆板
D.很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
D
【解析】 由题图可知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,且越向外,圆形条纹宽度越小,可判断此图样为圆孔衍射图样,故D选项正确。
「科学·技术·社会·环境」
汽车尾灯选用红光与其波长特性密切相关,红光在雾、雨等天气中更易发生明显衍射,绕过空气中的水滴或尘埃,穿透力强于短波(如蓝光),这一原理也被应用于交通信号灯和警示灯设计。现代LED车灯通过精准调控波长与亮度优化照明效果,例如自适应雾灯能根据环境湿度切换至长波长模式,而激光尾灯则利用波长选择技术进一步提升恶劣天气中汽车行驶的安全性,这类技术大大降低了低能见度环境下的交通事故率。
[示例] 汽车尾灯是红色的,一个重要的原因是红光在大雾天气能被更远处的人看见,这是因为(　　)
A.红光比其他色光频率更高,更容易沿直线传播
B.红光比其他色光折射率更大,折射光路弯折更大
C.红光比其他色光波长更长,更容易发生明显衍射
D.红光比其他色光波长更长,波长长才能发生衍射
C
【解析】 发生明显衍射的条件是波长与障碍物尺寸相当或者更大,红光比其他色光波长更长,频率更低,折射率更小,更容易发生明显衍射,因此能够绕过雾气传播更远的距离。故选C。
检测·学习效果
1.下列四种情形中,与其余三种所涉及的光学原理不同的是(　　)
C
A B C D
【解析】 牛顿环是利用了光的干涉原理;增透膜是利用光的干涉原理;泊松亮斑是利用了光的衍射原理;用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象。综上所述,与其余三种所涉及的光学原理不同的是选项C。
2.(双选)关于单缝衍射形成的条纹,下列说法正确的是(　 　)
A.单缝的宽度越小,衍射条纹越亮
B.单缝的宽度越小,衍射现象越明显
C.入射光的波长越长,衍射现象越明显
D.入射光的波长越短,衍射现象越明显
BC
【解析】 单缝的宽度越小,透过单缝的光的能量越小,亮度也越小,故A错误;产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多,或者比波长小,因为光的波长都很短,所以在单缝衍射现象中,单缝的宽度越小,衍射现象越明显,故B正确;在单缝的宽度不变的情况下,入射光波长越长,越容易发生明显的衍射现象,故C正确,D错误。
3.如图,a、b、c、d四个图样是两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样,分析各图样的特点(黑色为亮条纹,a图样的亮纹间距比b图样大,c图样中央亮纹比d图样宽)可以得出的正确结论是(　　)
A.a、b是光的衍射图样,c、d为光的干涉图样
B.a、b是光的干涉图样,c、d为光的衍射图样
C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短
D.在同种介质中,形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率大
B
4.在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面会看到彩色条纹,通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹,这两种现象(　　)
A.前者是光的衍射现象,后者是光的折射现象
B.前者是光的干涉现象,后者是光的衍射现象
C.前者是光的干涉现象,后者是光的折射现象
D.前者是光的衍射现象,后者是光的干涉现象
B
【解析】 两玻璃板间形成空气薄膜,空气薄膜上下表面的反射光相遇后发生干涉,由于是白光,所以会产生彩色干涉条纹;而从狭缝观察到的彩色条纹是光的衍射现象。故选B。
5.(双选)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的狭缝组成的
B.增加狭缝的个数,因衍射条纹的宽度将变宽,所以亮度将会增加
C.透射光栅中有刻痕的部分相当于透光的狭缝
D.当光通过光栅时,每个狭缝均起到单缝衍射的作用
AD
【解析】 衍射光栅由一系列等距的平行狭缝组成,在透射光栅中刻痕处发生漫反射而不透光,未刻痕的部分相当于透光的狭缝,故C错误,A正确;增加狭缝的个数,衍射条纹的宽度将变窄,亮度将会增加,B错误;当光通过光栅的狭缝时,光线发生衍射现象,D正确。
感谢观看第3节　光的衍射
[定位·学习目标]　1.知道光的衍射现象,知道产生明显衍射现象的条件。2.知道衍射条纹的特点。3.了解衍射光栅。
探究新知
知识点一　衍射现象
1.光的衍射:光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射。
2.发生明显衍射现象的条件:只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长时,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才明显。
3.显微镜、望远镜的分辨本领与衍射有关,光学仪器上的透镜直径越小,产生的衍射现象越明显,分辨本领就越低。
知识点二　衍射光栅
1.构成
绷上许多平行的细金属线的两个螺杆(或刻上许多均匀的细槽的玻璃片),这样的光学元件被称为衍射光栅。
2.衍射图样的特点
与单缝衍射相比,光栅衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。
3.种类
透射光栅和反射光栅。
新知检测
1.思考判断[正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的。(　×　)
(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象。(　×　)
(3)点光源照射一个障碍物,在屏幕上所成的阴影的边缘是模糊的,这种现象是光的衍射现象。(　√　)
(4)在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中,缝越宽,衍射现象越显著。(　×　)
(5)白光通过盛水的玻璃杯,在适当的角度,可看到彩色光,是光的衍射现象。(　×　)
(6)光学仪器不可以通过增大仪器的放大率来提高它的分辨本领。(　√　)
2.思维探究
(1)光的衍射是不是说明光不能沿直线传播
(2)衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗
【答案】 (1)不是。光的衍射与直线传播是在不同条件下的表现,都是正确的。
(2)衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大,随着孔的减小,条纹亮度减弱。
要点一　衍射图样的比较
情境探究
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如图a;再换上圆孔中等的那块板,在屏上会出现图b情形;最后用圆孔最小(直径约为 1 mm)的那块板,在屏上会出现图c情形。
(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)光在屏上照亮的范围大于光沿直线传播应照亮的范围,即出现光的衍射现象。
(2)图c中圆孔更小,光照亮屏上的范围更大,说明圆孔越小,衍射现象越明显。
要点归纳
1.单缝衍射图样的特点
(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,越靠外,条纹间距越窄。
(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。入射光波长越长,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情形,无明显的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图丙所示的衍射图样,出现明暗相间的圆环。
(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。
[例1] (双选)某实验小组在单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后,得到如下四幅图样,下列有关说法正确的是(　　)
A.甲是单缝衍射图样
B.乙是双缝干涉图样
C.丙是小圆孔衍射图样
D.丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样
【答案】 CD
【解析】 单缝衍射与双缝干涉图样的区别是,前者是中间亮条纹明亮且宽大,越向两侧宽度越小,后者明暗条纹间距相等,则甲是双缝干涉图样,乙是单缝衍射图样,故A、B错误。用单色光照射小圆孔做衍射的实验时,中央较大的区域内是亮的,周围是明暗相间的圆环,条纹间距也不等,亮度向外逐渐变暗;而泊松亮斑的中间是一个比较小的亮点,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外有不等间距的、明暗相间的圆环,可知丙是圆孔衍射图样,丁是圆板“泊松亮斑”衍射图样,故C、D正确。
对衍射现象的理解
(1)衍射现象是否明显方面:入射光波长越长,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,衍射条纹的亮度越暗。
[针对训练1] 在学习了光的衍射现象后,某同学回家后自己设计了一个小实验。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.先是圆形亮环,然后圆形亮区,最后完全黑暗
【答案】 B
【解析】 在圆孔由大到小调节过程中,当孔较大时,光沿直线传播,在屏上得到圆形亮区;当孔的直径减小到与光波的波长相近时,产生明显的衍射现象,屏上将出现明暗相间的圆形亮环;当孔继续减小到完全闭合,没有光到达屏上时,屏上完全黑暗。
要点二　单缝衍射与双缝干涉的比较
情境探究
单缝衍射和双缝干涉得到的都是明暗相间的条纹,如何区别它们
【答案】 单缝衍射的条纹宽度不等,中央最宽,条纹间距不等;双缝干涉的条纹宽度相等,条纹间距相等。
要点归纳
项目 名称
单缝衍射 双缝干涉
不 同 点 产生条件 只要狭缝足够小,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 各相邻条纹间距相等
亮度 中央条纹最亮,两边变暗 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
[例2] 如图所示,甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样,分析各图样的特点可以得出的正确结论是(　　)
A.甲、乙是光的干涉图样
B.丙、丁是光的干涉图样
C.形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D.形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
【答案】 A
【解析】 双缝干涉条纹是等间距的条纹,因此题图甲、乙是双缝干涉图样,题图丙、丁是单缝衍射图样,故A正确,B错误;由公式Δy=λ可知,宽条纹对应的入射光的波长长,所以形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长长,故C错误;形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长长,故D错误。
[针对训练2] 利用图甲所示的装置(示意图),观察紫光的干涉、衍射现象,在光屏上得到图乙和图丙两种图样,则图乙应是　　　　(选填“干涉”或“衍射”)图样。若将紫光换成黄光,干涉图样中相邻两条亮条纹中心间距　　　　(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。
【答案】 衍射　变宽
【解析】 干涉图样的条纹宽度相等,衍射图样的条纹宽度不等、中央最宽,故图乙应是衍射图样。
由Δy=λ可知,干涉图样中相邻两条亮条纹的中心间距与波长成正比,若将紫光换成黄光,则波长变长,因此条纹间距也变宽。
模型·方法·结论·拓展
泊松亮斑——障碍物的衍射现象
(1)现象:若在单色光传播途中,放一个较小的圆形障碍物,会在阴影中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑,如图所示。
(2)圆形障碍物的衍射图样的特点:圆形阴影中心有一个亮斑,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。
[示例] 在一次观察光的衍射的实验中,观察到如图所示的清晰的明暗相间图样(黑线为暗纹),那么障碍物应是(　　)
A.很小的不透明的圆板
B.很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C.很大的不透明圆板
D.很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
【答案】 D
【解析】 由题图可知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,且越向外,圆形条纹宽度越小,可判断此图样为圆孔衍射图样,故D选项正确。
科学·技术·社会·环境
　　　汽车尾灯选用红光与其波长特性密切相关,红光在雾、雨等天气中更易发生明显衍射,绕过空气中的水滴或尘埃,穿透力强于短波(如蓝光),这一原理也被应用于交通信号灯和警示灯设计。现代LED车灯通过精准调控波长与亮度优化照明效果,例如自适应雾灯能根据环境湿度切换至长波长模式,而激光尾灯则利用波长选择技术进一步提升恶劣天气中汽车行驶的安全性,这类技术大大降低了低能见度环境下的交通事故率。
[示例] 汽车尾灯是红色的,一个重要的原因是红光在大雾天气能被更远处的人看见,这是因为(　　)
A.红光比其他色光频率更高,更容易沿直线传播
B.红光比其他色光折射率更大,折射光路弯折更大
C.红光比其他色光波长更长,更容易发生明显衍射
D.红光比其他色光波长更长,波长长才能发生衍射
【答案】 C
【解析】 发生明显衍射的条件是波长与障碍物尺寸相当或者更大,红光比其他色光波长更长,频率更低,折射率更小,更容易发生明显衍射,因此能够绕过雾气传播更远的距离。
故选C。
1.下列四种情形中,与其余三种所涉及的光学原理不同的是(　　)
A B
C D
【答案】 C
【解析】 牛顿环是利用了光的干涉原理;增透膜是利用光的干涉原理;泊松亮斑是利用了光的衍射原理;用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象。综上所述,与其余三种所涉及的光学原理不同的是选项C。
2.(双选)关于单缝衍射形成的条纹,下列说法正确的是(　　)
A.单缝的宽度越小,衍射条纹越亮
B.单缝的宽度越小,衍射现象越明显
C.入射光的波长越长,衍射现象越明显
D.入射光的波长越短,衍射现象越明显
【答案】 BC
【解析】 单缝的宽度越小,透过单缝的光的能量越小,亮度也越小,故A错误;产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多,或者比波长小,因为光的波长都很短,所以在单缝衍射现象中,单缝的宽度越小,衍射现象越明显,故B正确;在单缝的宽度不变的情况下,入射光波长越长,越容易发生明显的衍射现象,故C正确,D错误。
3.如图,a、b、c、d四个图样是两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样,分析各图样的特点(黑色为亮条纹,a图样的亮纹间距比b图样大,c图样中央亮纹比d图样宽)可以得出的正确结论是(　　)
A.a、b是光的衍射图样,c、d为光的干涉图样
B.a、b是光的干涉图样,c、d为光的衍射图样
C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短
D.在同种介质中,形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率大
【答案】 B
【解析】 双缝干涉图样的条纹是等间距的,而单缝衍射图样的条纹间距不相等,则知a、b是光的干涉图样,c、d是光的衍射图样,故A错误,B正确;根据Δy=λ可知,光的波长越长,双缝干涉条纹间距越大,则知形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长长,故C错误;波长越长,频率越小,折射率越小;形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长长,则形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率小,故D错误。
4.在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面会看到彩色条纹,通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹,这两种现象(　　)
A.前者是光的衍射现象,后者是光的折射现象
B.前者是光的干涉现象,后者是光的衍射现象
C.前者是光的干涉现象,后者是光的折射现象
D.前者是光的衍射现象,后者是光的干涉现象
【答案】 B
【解析】 两玻璃板间形成空气薄膜,空气薄膜上下表面的反射光相遇后发生干涉,由于是白光,所以会产生彩色干涉条纹;而从狭缝观察到的彩色条纹是光的衍射现象。故选B。
5.(双选)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的狭缝组成的
B.增加狭缝的个数,因衍射条纹的宽度将变宽,所以亮度将会增加
C.透射光栅中有刻痕的部分相当于透光的狭缝
D.当光通过光栅时,每个狭缝均起到单缝衍射的作用
【答案】 AD
【解析】 衍射光栅由一系列等距的平行狭缝组成,在透射光栅中刻痕处发生漫反射而不透光,未刻痕的部分相当于透光的狭缝,故C错误,A正确;增加狭缝的个数,衍射条纹的宽度将变窄,亮度将会增加,B错误;当光通过光栅的狭缝时,光线发生衍射现象,D正确。
课时作业
1.关于光的衍射现象,下面说法正确的是(　　)
A.只有当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时,才会发生光的衍射现象
B.当光的波长大于障碍物的尺寸时,完全不产生衍射现象
C.发生小孔衍射时,若减小小孔直径,条纹变亮
D.发生小孔衍射时,若稍微增大小孔直径,条纹变亮
【答案】 D
【解析】 任何障碍物都可以使光发生衍射,只有当障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多或小于光的波长时,才产生明显的衍射现象,A、B错误;当发生小孔衍射时,孔径越小,衍射现象越明显(屏上衍射图样分布的范围越大),但由于小孔直径减小时,通过孔的光的能量减少,故而条纹将变暗,若稍微增大小孔直径,条纹变亮,故C错误,D正确。
2.(双选)下面有几种光学现象,其中属于光的衍射的是(　　)
A.激光被扩束后,垂直照射一个不透光的小圆屏,在后面的接收屏上接收到的小圆屏阴影中央会出现一个亮点
B.肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹
C.珍珠有带彩虹晕色的光泽
D.隔着羽毛看太阳光,出现彩色花纹
【答案】 AD
【解析】 激光被扩束后,垂直照射一个不透光的小圆屏,在后面的接收屏上接收到的小圆屏阴影中央会出现一个亮点,称为泊松亮斑,是光的衍射现象,故A正确;肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹属于光的薄膜干涉,故B错误;珍珠特有的彩色光泽是光的干涉形成的,C错误;隔着羽毛看太阳光,出现彩色花纹属于衍射,羽毛相当于衍射光栅,故D正确。
3.(双选)关于光的衍射现象,下列说法正确的是(　　)
A.光通过小圆孔后在光屏上出现了泊松亮斑,说明发生了衍射
B.白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹
C.光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿着直线传播,但也存在光的衍射
D.红光的单缝衍射图样是不等间距的、红黑相间的直条纹
【答案】 CD
【解析】 光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑,说明发生了衍射,故A错误;白光的单缝衍射图样,中央是白色直条纹,两侧是彩色的直条纹,故B错误;光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿直线传播,但仍存在光的衍射,只是不明显而已,故C正确;红光的单缝衍射图样,是不等间距的、红黑相间的直条纹,故D正确。
4.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.a、b图都是光线射到圆孔后的衍射图样,a图中孔的直径较大
B.a、b图都是光线射到圆板后的衍射图样,b图中板的直径较大
C.a图是光线射到圆孔后的衍射图样,b图是光线射到圆板后的衍射图样
D.b图是光线射到圆孔后的衍射图样,a图是光线射到圆板后的衍射图样
【答案】 C
【解析】 用激光束照射圆孔和不透明圆板后,圆孔形成明暗相间的、不等亮、不等间距的圆环,不透明圆板背后阴影中心有一个亮斑,则知图a是光线射到圆孔后的衍射图样,图b是光线射到圆板后的衍射图样,故C正确,A、B、D错误。
5.如图甲、乙所示,是某同学在做光的单缝衍射和杨氏双缝干涉实验时,利用光照强度传感器,得到的条纹相对光强I随水平距离x的分布图像。有关光的衍射和干涉现象,下列说法正确的是(　　)
A.甲发生的是干涉现象
B.乙发生的是衍射现象
C.光能发生甲、乙现象,说明光具有波动性
D.当所用光线由红光变成蓝光时,乙现象条纹间距不变
【答案】 C
【解析】 单缝衍射实验中,中间条纹最宽且最亮,可知中间光强最强,而在双缝干涉实验中,形成的明暗条纹间距相等,根据干涉的叠加原理可知,亮条纹中心处光强最强,暗条纹中心处光强最弱,因此可判断得知,题图甲发生的是衍射现象,题图乙发生的是干涉现象,故A、B错误;干涉和衍射是光的波动性的体现,故C正确;由双缝干涉条纹间距Δx=λ可知,当所用光线由红光变成蓝光时,乙现象条纹间距变小,故D错误。
6.a、b两束单色光的波长分别为λa和λb,分别通过相同的单缝衍射实验装置得到如图所示的图样,则这两束单色光(　　)
A.b光的波动性比a光弱
B.在水中的传播速度vaC.发生全反射的临界角a光小于b光
D.a、b光分别射向同一双缝干涉装置,干涉条纹间距Δxa<Δxb
【答案】 A
【解析】 相同条件下,光的波长越长波动性越强,衍射现象越明显,由题图可知a光的波长大于b光的波长,则b光的波动性比a光弱,故A正确;由于a光波长大于b光波长,则a光频率小于b光频率,折射率navb,故B错误;由于naCb,故C错误;a、b光分别射向同一双缝干涉装置,由Δx=λ可知,干涉条纹间距Δxa>Δxb,故D错误。
7.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上依次出现下列甲、乙、丙、丁所示条纹,说明了什么
　 。
【答案】 (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,故发生单缝衍射现象,形成不等间距的条纹,故此条纹是由于光的衍射产生的。
(2)没有出现明暗相间的条纹而只出现一个窄亮斑,说明衍射现象不明显,故主要原因是双缝S1、S2太宽。
(3)从四张单缝衍射图样可以看出,由题图甲到题图丁,衍射现象越来越明显,说明缝S1或S2越来越窄。

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