资源简介

(共30张PPT)
第四章　
光
第5节　光的衍射
内容索引
学习目标
活动方案
检测反馈
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. 知道光的衍射条纹的特点，能区分光的干涉图样和衍射图样．
3. 了解衍射光栅，知道光栅衍射图样的特点．
活 动 方 案
活动一：观察光的衍射现象，知道光产生明显衍射现象的条件
1. 我国古代诗人的不少诗句中都蕴含了物理学原理．唐代诗人王维有这样的诗句：“空山不见人，但闻人语响”，诗句中描写的是声波的衍射现象．思考下列问题．
(1)为什么日常生活中不容易观察到光波的衍射现象呢？
【答案】光的波长远小于日常生活中物体的尺寸，不容易观察到衍射现象．
(2)回顾机械波的衍射，说说产生明显衍射现象的条件是什么？
【答案】在障碍物或小孔的尺寸可以跟波长差不多，甚至比波长小的时候，就会产生明显的衍射现象．
2. 观察光的单缝衍射现象．
实验器材：激光光学演示仪(或激光笔)、单缝(可调缝宽或一组不同缝宽的单缝)、光屏．
实验示意图如图所示，用激光照射一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏，调节狭缝宽度，使狭缝的宽度逐渐减小，观察屏上的光学现象，回答下列问题.
(1)当狭缝较宽时，我们看到什么现象，为什么？
【答案】在屏上出现了一条与缝宽相当的亮条纹，这说明了光的直线传播．
(2)当狭缝的宽度调到很窄时，我们看到什么现象？这说明什么？
【答案】屏上光的亮度变暗，但条纹的宽度反而增大，且有明暗相间的条纹，这说明光发生了衍射现象．
(3)进一步减小缝的宽度，我们看到什么现象，这又说明了什么？
【答案】进一步减小缝的宽度，光屏上的亮度更暗，但条纹的宽度更大，说明衍射现象更明显了．
(4)观察到的衍射条纹有哪些共同的特点？
【答案】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；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．
(5)根据实验现象，请总结出光产生明显衍射现象的条件．
【答案】在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比(或差不多)，甚至比光的波长小的时候，就会产生明显的衍射现象．
(6)想一想：公安系统在采集指纹时，为了使采集的指纹更清晰，通常用紫外线拍照，想想这是为什么？
【答案】紫外线波长短，不容易发生明显衍射，拍出的照片边缘不模糊，指纹会更清晰．
(7)动一动：观察生活中的衍射现象．
实验器材：日光灯、铅笔两支(同型号).
用两支铅笔夹成一条狭缝，将眼睛紧贴着狭缝且让狭缝与日光灯管或其他线状光源平行，你会观察到怎样的现象？试解释这个现象．
【答案】会观察到明暗相间的彩色条纹，其中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．因为当两支铅笔夹成的狭缝与光波波长接近时，会发生光的衍射现象．
3. 观察圆孔衍射图样的特征．
如图甲所示，用单色光照射圆孔．当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如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，光屏上出现如图丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样).
(1)根据图丙，说说圆孔衍射的图样特征；
【答案】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)用白光照射很小的圆孔，此时圆孔衍射的图样会是怎样的？
【答案】白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．
4. 了解圆板衍射现象．
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．如图所示是光经过大头针尖(甲)和针帽(乙)时的衍射照片．
若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，又会有什么现象呢？请阅读教材后面关于泊松亮斑的材料，说说圆板衍射现象．
【答案】会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．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．周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小．
活动二：比较单缝衍射和双缝干涉图样，知道条纹的特点
1. 阅读教材P102“不同色光、不同双缝的双缝干涉条纹”和P104“单缝衍射产生的图样”，对比条纹特点，完成下表：
单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生条件
条纹宽度
条纹间距
亮度
相同点 成因
意义
只要狭缝足够小，任何光都能发
生明显衍射现象
频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
中央条纹最亮，两边最暗
条纹清晰
，
亮度基本相等
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
都是波特有的现象，表明光是一种波
2. 根据单缝衍射和双缝干涉图样特点，完成下列问题．
(1)(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
【解析】图甲中的条纹宽度不等，中央宽，两侧窄，应为单缝衍射图样，图乙中的条纹等宽等距，应为双缝干涉图样，故A、B正确，C、D错误．
【答案】AB
(2)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).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
【解析】双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的条纹，因此甲、丙是干涉条纹，乙、丁是衍射条纹．干涉条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此甲是红光，丙是蓝光．同一单缝衍射条纹，波长越长，条纹越宽，因此乙是紫光，丁是黄光．B正确．
【答案】B
活动三：了解衍射光栅，观察衍射光栅衍射图样
实验器材：激光光学演示仪、光栅、羽毛、光源．
1. 将光栅用实物投影仪展示，了解什么是光栅．
【答案】由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器，通常有反射光栅、透射光栅．
2. 演示实验：观察衍射光栅的衍射图样．
用激光光学演示仪发出的激光照射到光栅上，逐渐增加光栅的条数，观察屏上的条纹特点和变化情况．
【答案】与单缝衍射相比，随着光栅条数的增多，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．
3. 小组实验：用羽毛做光栅衍射实验．
隔着羽毛观察太阳或普通光源，说说你观察到的现象．
【答案】透过羽毛看到是彩色的条纹．
检 测 反 馈
1
1. 对衍射现象的定性分析，不正确的是(　　)
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结论
【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，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，D错误．故选D.
【答案】D
2
2. 在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图中的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是(　　)
A. 甲、丙　 B. 乙、丙　 C. 甲、丁　 D. 乙、丁
【解析】单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以甲是干涉条纹，乙、丁是单缝衍射条纹，丙是水波的衍射图样．
【答案】D
3
3. 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
【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．
【答案】D
3
4
4. 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. 这是利用了光的色散现象
D. 如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
【解析】由图样可知，这是利用了光的衍射现象，当丝变细时(相当于狭缝变窄)，条纹间距变宽，B正确，A、C、D错误．
【答案】B
5
5. 太阳光照射一块遮光板，遮光板上有一个大的三角形孔，太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑．当遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上会呈现①圆形光斑；②三角形光斑；③明暗相间的衍射条纹，则(　　)
A. 光屏上先后呈现的图样顺序是①②③
B. 光屏上先后呈现的图样顺序是①③②
C. 由于光的直线传播产生的图样有①②
D. 由于光的直线传播产生的图样有②③
【解析】发生明显衍射的条件是：光波传播过程中碰到的障碍物或者小孔要比波长小或者差不多．由于光波波长很短，约在10-7 m的数量级上，当遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，由于光在小孔较大的情况下沿直线传播，所以一开始是三角形光斑，其次当小孔较小时出现小孔成像，呈圆形光斑，由于光波波长很短，在小孔接近闭合时会出现衍射条纹，故C正确，A、B、D错误．
【答案】C
5
6
6. 如图所示，平行玻璃砖置于空气中，一束由两种单色光组成的复色光斜射到上表面，穿过玻璃后从下表面射出，分成a、b两束．下列说法中正确的是(　　)
A. 增大入射角θ，a光先从玻璃砖下表面消失
B. a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度
C. b光比a光更容易发生明显的衍射现象
D. b光的频率大于a光的频率
【答案】C
6
谢谢观看
Thank you for watching第5节　光的衍射
1. 知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件．
2. 知道光的衍射条纹的特点，能区分光的干涉图样和衍射图样．
3. 了解衍射光栅，知道光栅衍射图样的特点．
1. 我国古代诗人的不少诗句中都蕴含了物理学原理．唐代诗人王维有这样的诗句：“空山不见人，但闻人语响”，诗句中描写的是声波的衍射现象．思考下列问题．
(1)为什么日常生活中不容易观察到光波的衍射现象呢？
(2)回顾机械波的衍射，说说产生明显衍射现象的条件是什么？
2. 观察光的单缝衍射现象．
实验器材：激光光学演示仪（或激光笔）、单缝（可调缝宽或一组不同缝宽的单缝）、光屏．
实验示意图如图所示，用激光照射一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏，调节狭缝宽度，使狭缝的宽度逐渐减小，观察屏上的光学现象，回答下列问题.
(1)当狭缝较宽时，我们看到什么现象，为什么？
(2)当狭缝的宽度调到很窄时，我们看到什么现象？这说明什么？
(3)进一步减小缝的宽度，我们看到什么现象，这又说明了什么？
(4)观察到的衍射条纹有哪些共同的特点？
(5)根据实验现象，请总结出光产生明显衍射现象的条件．
(6)想一想：公安系统在采集指纹时，为了使采集的指纹更清晰，通常用紫外线拍照，想想这是为什么？
(7)动一动：观察生活中的衍射现象．
实验器材：日光灯、铅笔两支（同型号）.
用两支铅笔夹成一条狭缝，将眼睛紧贴着狭缝且让狭缝与日光灯管或其他线状光源平行，你会观察到怎样的现象？试解释这个现象．
3. 观察圆孔衍射图样的特征．
如图甲所示，用单色光照射圆孔．当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如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，光屏上出现如图丙所示的亮、暗相间圆环（衍射图样）.
　　　　　　　　　甲　　　　　　　乙　　　　 丙
(1)根据图丙，说说圆孔衍射的图样特征；
(2)用白光照射很小的圆孔，此时圆孔衍射的图样会是怎样的？
4. 了解圆板衍射现象．
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．如图所示是光经过大头针尖（甲）和针帽（乙）时的衍射照片．
若在单色光（如激光）传播途中放一个较小的圆形障碍物，又会有什么现象呢？请阅读教材后面关于泊松亮斑的材料，说说圆板衍射现象．
甲 乙
1. 阅读教材P102“不同色光、不同双缝的双缝干涉条纹”和P104“单缝衍射产生的图样”，对比条纹特点，完成下表：
单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生条件
条纹宽度
条纹间距
亮度
相同点 成因
意义
2. 根据单缝衍射和双缝干涉图样特点，完成下列问题．
(1)（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(　　)
　　　　　　　　　　　　甲　　　　　　　乙
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
(2)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）.下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)
　　　　　　　　 甲　　 　乙　　　 　丙　　　　丁
A. 红、黄、蓝、紫
B. 红、紫、蓝、黄
C. 蓝、紫、红、黄
D. 蓝、黄、红、紫
实验器材：激光光学演示仪、光栅、羽毛、光源．
1. 将光栅用实物投影仪展示，了解什么是光栅．
2. 演示实验：观察衍射光栅的衍射图样．
用激光光学演示仪发出的激光照射到光栅上，逐渐增加光栅的条数，观察屏上的条纹特点和变化情况．
3. 小组实验：用羽毛做光栅衍射实验．
隔着羽毛观察太阳或普通光源，说说你观察到的现象．
1. 对衍射现象的定性分析，不正确的是(　　)
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结论
2. 在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图中的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是(　　)
甲 乙 丙 丁
A. 甲、丙　 B. 乙、丙　 C. 甲、丁　 D. 乙、丁
3. 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(　　)
甲 乙
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
4. 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. 这是利用了光的色散现象
D. 如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
5. 太阳光照射一块遮光板，遮光板上有一个大的三角形孔，太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑．当遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上会呈现①圆形光斑；②三角形光斑；③明暗相间的衍射条纹，则(　　)
A. 光屏上先后呈现的图样顺序是①②③
B. 光屏上先后呈现的图样顺序是①③②
C. 由于光的直线传播产生的图样有①②
D. 由于光的直线传播产生的图样有②③
6. 如图所示，平行玻璃砖置于空气中，一束由两种单色光组成的复色光斜射到上表面，穿过玻璃后从下表面射出，分成a、b两束．下列说法中正确的是(　　)
A. 增大入射角θ，a光先从玻璃砖下表面消失
B. a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度
C. b光比a光更容易发生明显的衍射现象
D. b光的频率大于a光的频率
第5节　光的衍射
【活动方案】
活动一：
1. (1)光的波长远小于日常生活中物体的尺寸，不容易观察到衍射现象．
(2)在障碍物或小孔的尺寸可以跟波长差不多，甚至比波长小的时候，就会产生明显的衍射现象．
2. (1)在屏上出现了一条与缝宽相当的亮条纹，这说明了光的直线传播．
(2)屏上光的亮度变暗，但条纹的宽度反而增大，且有明暗相间的条纹，这说明光发生了衍射现象．
(3)进一步减小缝的宽度，光屏上的亮度更暗，但条纹的宽度更大，说明衍射现象更明显了．
(4)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；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．
(5)在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比(或差不多)，甚至比光的波长小的时候，就会产生明显的衍射现象．
(6)紫外线波长短，不容易发生明显衍射，拍出的照片边缘不模糊，指纹会更清晰．
(7)会观察到明暗相间的彩色条纹，其中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．因为当两支铅笔夹成的狭缝与光波波长接近时，会发生光的衍射现象．
3. (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．
4. 会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．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．周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小．
活动二：
1.
单缝衍射 双缝干涉
只要狭缝足够小，任何光都能发生明显衍射现象 频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
中央条纹最亮，两边最暗 条纹清晰，亮度基本相等
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
都是波特有的现象，表明光是一种波
2. (1)AB　图甲中的条纹宽度不等，中央宽，两侧窄，应为单缝衍射图样，图乙中的条纹等宽等距，应为双缝干涉图样，故A、B正确，C、D错误．
(2)B　双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的条纹，因此甲、丙是干涉条纹，乙、丁是衍射条纹．干涉条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此甲是红光，丙是蓝光．同一单缝衍射条纹，波长越长，条纹越宽，因此乙是紫光，丁是黄光．B正确．
活动三：
1. 由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器，通常有反射光栅、透射光栅．
2. 与单缝衍射相比，随着光栅条数的增多，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．
3. 透过羽毛看到是彩色的条纹．
【检测反馈】
1. D　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，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，D错误．故选D.
2. D　单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以甲是干涉条纹，乙、丁是单缝衍射条纹，丙是水波的衍射图样．
3. D　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．
4. B　由图样可知，这是利用了光的衍射现象，当丝变细时(相当于狭缝变窄)，条纹间距变宽，B正确，A、C、D错误．
5. C　发生明显衍射的条件是：光波传播过程中碰到的障碍物或者小孔要比波长小或者差不多．由于光波波长很短，约在10-7 m的数量级上，当遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，由于光在小孔较大的情况下沿直线传播，所以一开始是三角形光斑，其次当小孔较小时出现小孔成像，呈圆形光斑，由于光波波长很短，在小孔接近闭合时会出现衍射条纹，故C正确，A、B、D错误．
6. C　下表面的入射角等于上表面的折射角，则下表面的折射角等于上表面的入射角，则两单色光均不会发生全反射，增大入射角θ，a光不会从玻璃砖下表面消失，故A错误；由图可分析得出a光在玻璃中的偏折程度更大，则a光折射率更大，频率更大，波长更小，D错误；根据v＝，a光折射率更大，则a光在玻璃中的传播速度更小，故B错误；b光波长更大，b光比a光更容易发生明显的衍射现象，故C正确．

展开更多......

收起↑