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第5节　光的衍射
课程要求 学科素养
观察光的衍射现象,了解这些现象产生的条件,知道其在生产生活中的应用 物理观念 光的衍射
科学思维 光的衍射与干涉的区别
科学探究 几种衍射的特点
科学态度与责任 生活中光的衍射现象
要点　光的衍射　衍射光栅
1.光的衍射定义：用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。
2.发生明显衍射现象的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显。
3.衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或圆环。
4.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。
5.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。
6.衍射光栅
(1)结构:由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
(2)衍射图样特点:与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。
(3)透射光栅和反射光栅:在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。
1.光通过狭缝时会产生明显的衍射现象，光通过比较宽的缝隙时我们看到“光沿直线传播”，此时光是不是就不发生衍射了
提示：不是。当狭缝或障碍物尺寸与光的波长相当或比波长还小时，会有明显衍射现象，狭缝较宽时，仍有衍射，只是不明显。
2.如果让白光分别通过狭缝或圆孔，那么形成的衍射图样各有什么特点
提示：白光通过狭缝时，衍射图样中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹;白光通过圆孔时，衍射图样中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色的同心圆环。
1.衍射条件与衍射条纹的亮度
(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。
2.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”只适用于白光光源。
(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。
3.三种衍射图样的特点与区别
(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
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的圆环(衍射图样)。
①单色光的圆孔衍射图样:中央亮圆的亮度大，周围是明暗相间的不等距的圆环;越向外，圆环亮度越低。
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)圆盘衍射
①各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使阴影的轮廓模糊不清，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，如图所示。
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。
【例1】　(多选)对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是 (　AB　)
A.只有障碍物或孔的尺寸与光的波长相当，甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象
B.光的衍射图样是光波相互叠加的结果
C.光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论
D.只有单色光才能产生衍射现象
【解析】　光的衍射条纹是来自不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果，光的直线传播规律只是近似的，只有在光的波长比障碍物小很多的情况下，光才可以看成是沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，任何光都能发生衍射，只是明不明显的区别，只有障碍物或孔的尺寸与光的波长相当，甚至比波长还要小的时候，才明显，故选A、B。
【例2】　如图所示的四种明暗相间的条纹分别是黄光、紫光各自通过同一个双缝干涉装置形成的干涉图样以及红光、蓝光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是 (　A　)
A.黄蓝紫红 B.黄红紫蓝
C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫
【解析】　双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故1、3是双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ，可知波长λ越大，Δx越大，故1是黄光的干涉图样，3是紫光的干涉图样。单缝衍射条纹的中间条纹明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，故2、4为单缝衍射图样，根据波长越长衍射现象越明显，可知4为红光的衍射图样，2为蓝光的衍射图样。故从左向右依次是黄光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、紫光(双缝干涉)和红光(单缝衍射)，故选A。
单缝衍射与双缝干涉的异同
种类 单缝衍射 双缝干涉
图样
产生条件 狭缝足够小(发生明显衍射) 频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度 条纹宽度不等,中央条纹最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
亮度 中央条纹最亮,越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹
【例3】　某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆盘后，分别得到如图甲、乙所示的图样，下列说法正确的是 (　D　)
A.甲图的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆盘衍射
B.乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现确实有这个亮斑
C.不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是清晰的
D.发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
【解析】　题图乙的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆盘衍射，故A错误;“泊松亮斑”最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来阿拉果发现有这个亮斑，故B错误;不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C错误;发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。
1.下列现象中属于光的衍射现象的是 (　D　)
A.雨后天空美丽的彩虹
B.阳光下肥皂膜的彩色条纹
C.光通过三棱镜产生的彩色条纹
D.对着日光灯从两铅笔缝中看到的彩色条纹
解析：雨后天空美丽的彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成的，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫作光的色散现象，故A错误;日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹属于光的干涉，故B错误;一束白光通过三棱镜产生的彩色条纹属于光的折射现象，故C错误;通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹，属于单缝衍射，故D正确。
2.下列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单缝衍射仪器形成的图样(黑色部分表示亮纹，保持缝到屏距离不变)。其中属于蓝光的衍射图样的是 (　B　)
解析：双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，所以A、C中的图样为干涉图样。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越宽，红光的波长大于蓝光的波长，所以B为蓝光的衍射图样。
3.(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同，则 (　BD　)
A.这是利用光的干涉现象
B.这是利用光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
解析：当障碍物的尺寸与光的波长相当或小于光的波长时，会发生明显的衍射现象，该装置利用了光的衍射现象;如果屏上条纹变宽，表明细丝变细。故B、D正确。
4.若甲、乙两束单色光，经过同一单缝后的衍射图样如图甲、乙所示(黑色部分表示亮条纹)。则下列说法正确的是 (　C　)
A.若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度均变窄，条纹亮度也变暗
B.若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度都变宽，条纹亮度也变亮
C.在同一介质中传播，甲光比乙光的传播速度小
D.甲光和乙光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是甲光
解析：若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度都变宽，因为通过的光变少，所以亮度变暗，A、B错误;甲、乙两束单色光，经过同一单缝后乙光的中央亮条纹较宽，说明乙光波长较长，则在同一介质中乙光的折射率较小，根据v=，可知，甲光比乙光的传播速度小，C正确;乙光的折射率较小，根据sin C=，所以乙光的临界角较大，则甲光和乙光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是乙光，D错误。
课时作业26
(总分:65分)
1.(5分)关于光的衍射，下列说法正确的是 (　B　)
A.只有波长长的光才能发生衍射现象
B.当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时，会发生明显衍射现象
C.单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的等间距的条纹
D.光照到较大圆孔上时，屏上出现大光斑，不存在光的衍射
解析：不论波长与障碍物或小孔的尺寸如何，衍射现象都会发生，只有当光的波长与障碍物的尺寸相近或者遇到小于该光波长的障碍物时，才会发生明显的衍射现象，故A错误，B正确;单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的不等间距的条纹，故C错误;屏上大光斑的边缘很模糊，是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，故D错误。
2.(5分)(多选)关于透射光栅，下列说法正确的是 (　AD　)
A.透射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的
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
解析：透射光栅由一系列等距的平行刻痕或狭缝组成，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、D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。
3.(5分)为在硅片上刻画出更精细的电路，光刻机需要使用波长更短的光源。这主要是为了克服下列哪种光学现象带来的限制 (　D　)
A.干涉 B.折射
C.反射 D.衍射
解析：在光刻技术中，光源的波长直接影响刻蚀电路的分辨率。根据光学衍射原理，波长越长衍射现象越明显;衍射现象会导致光斑扩散，限制最小可分辨特征的大小。因此，使用波长更短的光源主要是为了克服衍射带来的限制，故选D。
4.(5分)通过游标卡尺的两个测量爪之间形成的狭缝观察线状白炽灯，可以看到 (　D　)
A.黑白相间的条纹，这是光的干涉现象
B.黑白相间的条纹，这是光的衍射现象
C.彩色的条纹，这是光的干涉现象
D.彩色的条纹，这是光的衍射现象
解析：游标卡尺两个测量爪之间距离减小到跟可见光相当时，可以看到白光衍射的现象，即彩色条纹，故选D。
5.(5分)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 (　D　)
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，因为对同一圆孔而言，波长越长，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，衍射图样的范围变大，D正确。
6.(5分)关于光现象的解释，下列说法正确的是 (　D　)
A.雨后地上积水表面漂浮的彩色油膜是由于光的色散形成的
B.分别用紫光和绿光照射同一装置做双缝干涉实验，紫光照射时相邻亮条纹间距较宽
C.光导纤维利用了全反射的原理，其内芯的折射率小于外套的折射率
D.分别用紫光和绿光照射同一装置做单缝衍射实验，紫光中央亮条纹较窄
解析：雨后地上积水表面漂浮的彩色油膜是由于光的薄膜干涉形成的(光在油膜上下表面反射后发生干涉)，故A错误;根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ，可知在其他条件相同的情况下，光的波长越长，干涉条纹间距越大，而紫光的波长小于绿光的波长，则用紫光照射时相邻亮条纹间距较窄，故B错误;光导纤维利用全反射原理传输光信号，全反射要求光从光密介质射向光疏介质，因此内芯折射率必须大于外套折射率，故C错误;单缝衍射实验中，光的波长越长，中央亮条纹宽度越大，紫光的波长小于绿光的波长，因此紫光中央亮条纹较窄，绿光较宽，故D正确。
7.(5分)关于光的衍射现象，下列说法正确的是 (　A　)
A.十字路口的红、黄、绿交通信号灯中的红色灯发出的光更易发生衍射
B.阳光照射下，斑驳的树影是光的衍射造成的
C.衍射光栅的狭缝个数增多，衍射条纹的宽度变宽、亮度增大
D.只有障碍物尺寸等于光的波长时才发生衍射
解析：红、黄、绿三种光中，红光波长最长，更易发生衍射，A正确;阳光照射下斑驳的树影是小孔成像造成的，B错误;衍射光栅的狭缝个数增多，衍射条纹的宽度变窄、亮度将增大，C错误;光遇到障碍物时，都会发生衍射，在障碍物尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才十分明显，D错误。
8.(10分)在学习了光的衍射现象后，一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圆孔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，他在屏上看到什么现象
答案：他在屏上看到的现象为:先是圆形亮斑，再是小电珠的像，然后是明暗相间的圆形亮环，最后完全黑暗。
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，在屏上得到圆形亮斑;当圆孔小到一定的程度，在光屏上会出现小电珠的像，即小孔成像;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亮环;当孔继续减小到完全闭合时，没有光到达屏上，屏上完全黑暗。
9.(5分)小红利用如图1所示的装置，观察红光的干涉、衍射现象，其中P是光学元件，且P到光屏的距离恒定，通过实验在光屏上得到了如图2所示甲、乙、丙、丁四种图样。下列说法正确的是 (　A　)
A.甲对应的P是双缝，双缝间距较大
B.乙对应的P是双缝，双缝间距较大
C.丙对应的P是单缝，缝的宽度较宽
D.丁对应的P是单缝，缝的宽度较窄
解析：根据条纹的特点分析出对应的光发生的现象，根据产生原理分析出对应的间距或宽度的大小关系。本题主要考查了光的干涉和衍射，理解两种现象的区别和波长对实验现象的影响即可。条纹甲和乙都是平行等距的，都是干涉条纹，则甲和乙对应的P是双缝，根据Δx=可知，甲条纹间距较小，则甲双缝间距较大，故A正确，B错误;丙和丁对应的条纹是平行不等距的，则是衍射条纹，则P是单缝，因丙图的衍射现象较丁图更明显，可知丙的缝的宽度较窄，故C、D错误。
10.(5分)由a、b两种单色光组成的一束复色光从玻璃射向空气，在界面分成a和ab两束光，其光路图如图1所示。如图2和图3为分别用这两种单色光照射同一个单缝，产生的衍射图样，下列说法正确的是 (　A　)
A.用同一装置做双缝干涉实验，a光相邻亮条纹间距较大
B.a光在玻璃中的传播速度小于b光在玻璃中的传播速度
C.a光的频率大于b光的频率
D.图3对应的是a光产生的衍射图样
解析：根据题图1可知，a光的临界角大于b光的临界角，根据sin C=可知，a光的折射率小于b光的折射率，所以a光的频率小于b光的频率，根据c=λν可知，a光的波长大于b光的波长，根据Δx=λ可知，用同一装置做双缝干涉实验，a光相邻亮条纹间距较大，故A正确，C错误;根据v=可知，a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度，故B错误;由上面的分析可知a光的波长大于b光的波长，所以a光更容易发生明显的衍射现象，用这两种单色光照射同一个单缝，a光产生的衍射图样中间亮条纹更宽，所以题图3对应的是b光产生的衍射图样，故D错误。
11.(5分)下列图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断，下列说法正确的是 (　C　)
A.图1是圆盘衍射的图样，图2为“泊松亮斑”
B.图1为“泊松亮斑”，图2是小孔衍射的图样
C.图3是双缝干涉图样，图4是单缝衍射图样
D.图3是单缝衍射图样，图4是双缝干涉图样
解析：题图1是圆孔衍射，题图2是圆盘衍射形成的“泊松亮斑”，圆孔衍射中央是个明亮的光斑，外围是一组明暗相间的条纹，“泊松亮斑”的中央亮斑极小，处在圆盘阴影的中心，且阴影的边缘出现明暗相间的光环，故A、B错误;双缝干涉图样中的条纹间距是相等的，因此题图3是双缝干涉的图样，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮，因此题图4是单缝衍射图样，故C正确，D错误。
12.(5分)单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图是实验的示意图，挡光片A固定，挡光片B固定在待测金属棒上端，A、B间形成平直的狭缝，激光通过狭缝，在光屏上形成衍射图样，温度升高，金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变化。在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数。下列说法正确的是 (　C　)
A.使用的激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹宽度越宽
B.相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹宽度越窄
C.相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大
D.狭缝到光屏距离越大，其他实验条件相同，测得金属的线膨胀系数越大
解析：使用的激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹宽度越窄，故A错误;相同实验条件下，金属的膨胀量越大，即狭缝越窄，那么中央亮条纹宽度越宽，故B错误;相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明狭缝宽度变化量越大，说明金属膨胀量越大，故C正确;测得的金属的线膨胀系数仅与狭缝的大小有关，与狭缝到光屏的距离无关，故D错误。(共46张PPT)
第四章　光
第5节　光的衍射
核心要点 点点过
1
目录
即时演练 堂堂清
2
课时作业26
3
课程要求 学科素养
观察光的衍射现象,了解这些现象产生的条件,知道其在生产生活中的应用 物理观念 光的衍射
科学思维 光的衍射与干涉的区别
科学探究 几种衍射的特点
科学态度与责任 生活中光的衍射现象
核心要点 点点过
1.光的衍射定义：用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。
2.发生明显衍射现象的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显。
3.衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或圆环。
4.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。
要点　光的衍射　衍射光栅
窄
相当宽
小
明暗条纹
明暗
亮
宽
窄
彩色
白色
5.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。
6.衍射光栅
(1)结构:由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
(2)衍射图样特点:与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。
(3)透射光栅和反射光栅:在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。
明暗
等宽
变窄
增加
透射
反射
1.光通过狭缝时会产生明显的衍射现象，光通过比较宽的缝隙时我们看到“光沿直线传播”，此时光是不是就不发生衍射了
提示：不是。当狭缝或障碍物尺寸与光的波长相当或比波长还小时，会有明显衍射现象，狭缝较宽时，仍有衍射，只是不明显。
2.如果让白光分别通过狭缝或圆孔，那么形成的衍射图样各有什么特点
提示：白光通过狭缝时，衍射图样中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹;白光通过圆孔时，衍射图样中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色的同心圆环。
1.衍射条件与衍射条纹的亮度
(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。
2.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”只适用于白光光源。
(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。
3.三种衍射图样的特点与区别
(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
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的圆环(衍射图样)。
①单色光的圆孔衍射图样:中央亮圆的亮度大，周围是明暗相间的不等距的圆环;越向外，圆环亮度越低。
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)圆盘衍射
①各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使阴影的轮廓模糊不清，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，如图所示。
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。
【例1】　(多选)对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是 (　 　)
A.只有障碍物或孔的尺寸与光的波长相当，甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象
B.光的衍射图样是光波相互叠加的结果
C.光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论
D.只有单色光才能产生衍射现象
AB
【解析】　光的衍射条纹是来自不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果，光的直线传播规律只是近似的，只有在光的波长比障碍物小很多的情况下，光才可以看成是沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，任何光都能发生衍射，只是明不明显的区别，只有障碍物或孔的尺寸与光的波长相当，甚至比波长还要小的时候，才明显，故选A、B。
【例2】　如图所示的四种明暗相间的条纹分别是黄光、紫光各自通过同一个双缝干涉装置形成的干涉图样以及红光、蓝光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是 (　 　)
A.黄蓝紫红
B.黄红紫蓝
C.蓝紫红黄
D.蓝黄红紫
A
【解析】　双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故1、3是双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ，可知波长λ越大，Δx越大，故1是黄光的干涉图样，3是紫光的干涉图样。单缝衍射条纹的中间条纹明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，故2、4为单缝衍射图样，根据波长越长衍射现象越明显，可知4为红光的衍射图样，2为蓝光的衍射图样。故从左向右依次是黄光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、紫光(双缝干涉)和红光(单缝衍射)，故选A。
归纳总结　　　　　　单缝衍射与双缝干涉的异同
种类 单缝衍射 双缝干涉
图样
不同点 产生条件 狭缝足够小(发生明显衍射) 频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度 条纹宽度不等,中央条纹最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
亮度 中央条纹最亮,越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同
种类 单缝衍射 双缝干涉
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹
【例3】　某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆盘后，分别得到如图甲、乙所示的图样，下列说法正确的是 (　　　)
A.甲图的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆盘衍射
B.乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算
出这个亮斑，后来泊松发现确实有这个亮斑
C.不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是清晰的
D.发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
D
【解析】　题图乙的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆盘衍射，故A错误;“泊松亮斑”最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来阿拉果发现有这个亮斑，故B错误;不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C错误;发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。
即时演练 堂堂清
1.下列现象中属于光的衍射现象的是 (　　　)
A.雨后天空美丽的彩虹
B.阳光下肥皂膜的彩色条纹
C.光通过三棱镜产生的彩色条纹
D.对着日光灯从两铅笔缝中看到的彩色条纹
解析：雨后天空美丽的彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成的，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫作光的色散现象，故A错误;日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹属于光的干涉，故B错误;一束白光通过三棱镜产生的彩色条纹属于光的折射现象，故C错误;通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹，属于单缝衍射，故D正确。
D
2.下列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单缝衍射仪器形成的图样(黑色部分表示亮纹，保持缝到屏距离不变)。其中属于蓝光的衍射图样的是 (　　　)
解析：双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，所以A、C中的图样为干涉图样。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越宽，红光的波长大于蓝光的波长，所以B为蓝光的衍射图样。
B
3.(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同，则 (　　　)
A.这是利用光的干涉现象
B.这是利用光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
解析：当障碍物的尺寸与光的波长相当或小于光的波长时，会发生明显的衍射现象，该装置利用了光的衍射现象;如果屏上条纹变宽，表明细丝变细。故B、D正确。
BD
4.若甲、乙两束单色光，经过同一单缝后的衍射图样如图甲、乙所示(黑色部分表示亮条纹)。则下列说法正确的是 (　　　)
A.若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度均变窄，条纹亮度也变暗
B.若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度都变宽，条纹亮度也变亮
C.在同一介质中传播，甲光比乙光的传播速度小
D.甲光和乙光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是甲光
C
解析：若单缝宽度变窄，则两种衍射条纹宽度都变宽，因为通过的光变少，所以亮度变暗，A、B错误;甲、乙两束单色光，经过同一单缝后乙光的中央亮条纹较宽，说明乙光波长较长，则在同一介质中乙光的折射率较小，根据v=，可知，甲光比乙光的传播速度小，C正确;乙光的折射率较小，根据sin C=，所以乙光的临界角较大，则甲光和乙光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是乙光，D错误。
课时作业26

1.(5分)关于光的衍射，下列说法正确的是(　 　)
A.只有波长长的光才能发生衍射现象
B.当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时，会发生明显衍射现象
C.单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的等间距的条纹
D.光照到较大圆孔上时，屏上出现大光斑，不存在光的衍射
解析：不论波长与障碍物或小孔的尺寸如何，衍射现象都会发生，只有当光的波长与障碍物的尺寸相近或者遇到小于该光波长的障碍物时，才会发生明显的衍射现象，故A错误，B正确;单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的不等间距的条纹，故C错误;屏上大光斑的边缘很模糊，是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，故D错误。
B
2.(5分)(多选)关于透射光栅，下列说法正确的是 (　 　)
A.透射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的
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
解析：透射光栅由一系列等距的平行刻痕或狭缝组成，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、D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。
AD
3.(5分)为在硅片上刻画出更精细的电路，光刻机需要使用波长更短的光源。这主要是为了克服下列哪种光学现象带来的限制 (　 　)
A.干涉 B.折射
C.反射 D.衍射
解析：在光刻技术中，光源的波长直接影响刻蚀电路的分辨率。根据光学衍射原理，波长越长衍射现象越明显;衍射现象会导致光斑扩散，限制最小可分辨特征的大小。因此，使用波长更短的光源主要是为了克服衍射带来的限制，故选D。
D
4.(5分)通过游标卡尺的两个测量爪之间形成的狭缝观察线状白炽灯，可以看到 (　 　)
A.黑白相间的条纹，这是光的干涉现象
B.黑白相间的条纹，这是光的衍射现象
C.彩色的条纹，这是光的干涉现象
D.彩色的条纹，这是光的衍射现象
解析：游标卡尺两个测量爪之间距离减小到跟可见光相当时，可以看到白光衍射的现象，即彩色条纹，故选D。
D
5.(5分)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
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，因为对同一圆孔而言，波长越长，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，衍射图样的范围变大，D正确。
6.(5分)关于光现象的解释，下列说法正确的是 (　 　)
A.雨后地上积水表面漂浮的彩色油膜是由于光的色散形成的
B.分别用紫光和绿光照射同一装置做双缝干涉实验，紫光照射时相邻亮条纹间距较宽
C.光导纤维利用了全反射的原理，其内芯的折射率小于外套的折射率
D.分别用紫光和绿光照射同一装置做单缝衍射实验，紫光中央亮条纹较窄
D
解析：雨后地上积水表面漂浮的彩色油膜是由于光的薄膜干涉形成的(光在油膜上下表面反射后发生干涉)，故A错误;根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ，可知在其他条件相同的情况下，光的波长越长，干涉条纹间距越大，而紫光的波长小于绿光的波长，则用紫光照射时相邻亮条纹间距较窄，故B错误;光导纤维利用全反射原理传输光信号，全反射要求光从光密介质射向光疏介质，因此内芯折射率必须大于外套折射率，故C错误;单缝衍射实验中，光的波长越长，中央亮条纹宽度越大，紫光的波长小于绿光的波长，因此紫光中央亮条纹较窄，绿光较宽，故D正确。
7.(5分)关于光的衍射现象，下列说法正确的是 (　 　)
A.十字路口的红、黄、绿交通信号灯中的红色灯发出的光更易发生衍射
B.阳光照射下，斑驳的树影是光的衍射造成的
C.衍射光栅的狭缝个数增多，衍射条纹的宽度变宽、亮度增大
D.只有障碍物尺寸等于光的波长时才发生衍射
解析：红、黄、绿三种光中，红光波长最长，更易发生衍射，A正确;阳光照射下斑驳的树影是小孔成像造成的，B错误;衍射光栅的狭缝个数增多，衍射条纹的宽度变窄、亮度将增大，C错误;光遇到障碍物时，都会发生衍射，在障碍物尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才十分明显，D错误。
A
8.(10分)在学习了光的衍射现象后，一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圆孔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，他在屏上看到什么现象
答案：他在屏上看到的现象为:先是圆形亮斑，再是小电珠的像，然后是明暗相间的圆形亮环，最后完全黑暗。
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，在屏上得到圆形亮斑;当圆孔小到一定的程度，在光屏上会出现小电珠的像，即小孔成像;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亮环;当孔继续减小到完全闭合时，没有光到达屏上，屏上完全黑暗。

9.(5分)小红利用如图1所示的装置，观察红光的干涉、衍射现象，其中P是光学元件，且P到光屏的距离恒定，通过实验在光屏上得到了如图2所示甲、乙、丙、丁四种图样。下列说法正确的是(　　)
A.甲对应的P是双缝，双缝间距较大
B.乙对应的P是双缝，双缝间距较大
C.丙对应的P是单缝，缝的宽度较宽
D.丁对应的P是单缝，缝的宽度较窄
A
解析：根据条纹的特点分析出对应的光发生的现象，根据产生原理分析出对应的间距或宽度的大小关系。本题主要考查了光的干涉和衍射，理解两种现象的区别和波长对实验现象的影响即可。条纹甲和乙都是平行等距的，都是干涉条纹，则甲和乙对应的P是双缝，根据Δx=可知，甲条纹间距较小，则甲双缝间距较大，故A正确，B错误;丙和丁对应的条纹是平行不等距的，则是衍射条纹，则P是单缝，因丙图的衍射现象较丁图更明显，可知丙的缝的宽度较窄，故C、D错误。
10.(5分)由a、b两种单色光组成的一束复色光从玻璃射向空气，在界面分成a和ab两束光，其光路图如图1所示。如图2和图3为分别用这两种单色光照射同一个单缝，产生的衍射图样，下列说法正确的是 (　 　)
A.用同一装置做双缝干涉实验，a光相邻亮条纹间距较大
B.a光在玻璃中的传播速度小于b光在玻璃中的传播速度
C.a光的频率大于b光的频率
D.图3对应的是a光产生的衍射图样
A
解析：根据题图1可知，a光的临界角大于b光的临界角，根据sin C=可知，a光的折射率小于b光的折射率，所以a光的频率小于b光的频率，根据c=λν可知，a光的波长大于b光的波长，根据Δx=λ可知，用同一装置做双缝干涉实验，a光相邻亮条纹间距较大，故A正确，C错误;根据v=可知，a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度，故B错误;由上面的分析可知a光的波长大于b光的波长，所以a光更容易发生明显的衍射现象，用这两种单色光照射同一个单缝，a光产生的衍射图样中间亮条纹更宽，所以题图3对应的是b光产生的衍射图样，故D错误。
11.(5分)下列图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断，下列说法正确的是 (　 　)
A.图1是圆盘衍射的图样，图2为“泊松亮斑”
B.图1为“泊松亮斑”，图2是小孔衍射的图样
C.图3是双缝干涉图样，图4是单缝衍射图样
D.图3是单缝衍射图样，图4是双缝干涉图样
C
解析：题图1是圆孔衍射，题图2是圆盘衍射形成的“泊松亮斑”，圆孔衍射中央是个明亮的光斑，外围是一组明暗相间的条纹，“泊松亮斑”的中央亮斑极小，处在圆盘阴影的中心，且阴影的边缘出现明暗相间的光环，故A、B错误;双缝干涉图样中的条纹间距是相等的，因此题图3是双缝干涉的图样，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮，因此题图4是单缝衍射图样，故C正确，D错误。
12.(5分)单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图是实验的示意图，挡光片A固定，挡光片B固定在待测金属棒上端，A、B间形成平直的狭缝，激光通过狭缝，在光屏上形成衍射图样，温度升高，金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变化。在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数。
下列说法正确的是 (　 　)
A.使用的激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹宽度越宽
B.相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹宽度越窄
C.相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大
D.狭缝到光屏距离越大，其他实验条件相同，测得金属的线膨胀系数越大
C
解析：使用的激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹宽度越窄，故A错误;相同实验条件下，金属的膨胀量越大，即狭缝越窄，那么中央亮条纹宽度越宽，故B错误;相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明狭缝宽度变化量越大，说明金属膨胀量越大，故C正确;测得的金属的线膨胀系数仅与狭缝的大小有关，与狭缝到光屏的距离无关，故D错误。
本课结束

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