资源简介

(共38张PPT)
5　光的衍射
素养 目标定位
目标素养
1.知道光的衍射现象及明显衍射条件,形成正确的物理观念
2.能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析,培养分析解决实际问题的能力
3.初步了解衍射光栅,形成正确的物理观念,培养科学思维能力
知识概览
课前 基础认知
一、光的衍射
1.衍射现象。
光能够绕过　障碍物　而到达“阴影”区域的现象。
2.产生明显衍射现象的条件。
障碍物或狭缝的尺寸　足够小的时候　。
3.单缝衍射的条纹特点。
(1)中央条纹为　亮条纹　,离中心条纹越远,亮条纹的宽度　越窄　,亮度　越暗　。
(2)狭缝越窄,中央亮条纹　越暗　。
微思考 三块不透光的板,在每块板的中间各开一个圆孔,各板所开的圆孔直径依次变小。装置如图甲所示,先用点光源照射圆孔最大的那块板,在屏上会出现一个如图乙所示的明亮圆形光斑;再换上圆孔较小的那块板,在屏上会出现如图丙所示较小的明亮圆形光斑;最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板,在屏上会出现如图丁所示的明暗相间的条纹。
请思考:(1)图乙、丙中的情境是什么现象造成的
提示:光的直线传播现象。
(2)图丁中的情境是什么现象造成的
提示:光的衍射现象。
二、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。狭缝的个数越多,衍射条纹的宽度越　窄　,亮度越　亮　。
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　光栅和　透射　光栅。
微判断1.阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(　　)
2.隔着帐幔看远处的灯,见到灯周围辐射彩色的光芒,是光的干涉现象。(　　)
3.光栅衍射与单缝衍射的图样比较,衍射条纹更窄,亮度更亮。
(　　)
4.衍射光栅根据应用可分为透射光栅和反射光栅。(　　)
×
×
√
√
课堂 重难突破
一 三种衍射图样的比较
问题探究
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上的一条同样宽度的窄缝规律相同。
探究1:这是利用了什么原理
提示:利用了光的衍射。
探究2:如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了还是变细了
提示:丝变细了,因为丝越细衍射现象越明显,衍射条纹越宽。
归纳总结
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)缝变窄时通过的光变少,而光分布的范围变宽,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.圆孔衍射的图样。
(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。
典型例题
【例1】(多选)在单缝衍射实验中,下列说法正确的是(　　)
A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄
B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄
C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽
D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽
答案:ACD
解析:当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越大;光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽,A、C、D正确。
【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.甲是光射到圆孔后的衍射图样,
乙是光射到圆板后的衍射图样
B.乙是光射到圆孔后的衍射图样,
甲是光射到圆板后的衍射图样
C.甲、乙都是光射到圆孔后的衍射图样,甲孔的直径较大
D.甲、乙都是光射到圆板后的衍射图样,乙板的直径较大
答案:A
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,故甲为光射到圆孔后的衍射图样,乙为光射到圆板后的衍射图样,故选项 A正确。
易错警示
圆孔衍射中圆孔大小不同时,对应的物理现象不同。 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)。
二 单缝衍射与双缝干涉的比较
问题探究
在光的单缝衍射实验中和双缝干涉实验中均可观察到清晰的亮暗相间的图样,下列四幅图片是几次实验的图样。
探究1:哪些属于光的单缝衍射图样
提示:图样乙、丁属于光的单缝衍射图样。
探究2:哪些属于光的干涉图样
提示:图样甲属于光的干涉图样。
探究3:单缝衍射条纹与双缝干涉条纹的不同点有哪些
提示:单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮,向两边逐渐变暗,条纹间距不等;双缝干涉条纹是等间距的,亮度基本不变。
归纳总结
1.单缝衍射与双缝干涉的对比。
比较项 单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生条件 只要狭缝足够小,任何光都能发生明显衍射现象 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 各相邻条纹等间距
亮度 中央条纹最亮,两边逐渐变暗 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
2.三点提醒。
(1)单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉,从而理解条纹相间排列。
(2)光波的波长增大,衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大。
(3)复色光的衍射或干涉图样,可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加。
典型例题
【例3】如图所示的4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(黑色部分表示亮条纹)。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
答案:B
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1、3是干涉条纹,2、4是衍射条纹。干涉条纹中,光的波长越长,条纹越宽,因此1是红光,3是蓝光。同一单缝的衍射条纹,波长越长,条纹越宽,因此2是紫光,4是黄光。
规律总结
区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法
1.根据条纹的宽度区分:双缝干涉的条纹是等宽的,条纹间的距离也是相等的;而单缝衍射的条纹,中央亮条纹最宽,两侧的条纹变窄。 2.根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央亮条纹往两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮,两侧的亮条纹逐渐变暗。
成 果 验 收 站
1.(多选)下列现象是由光的衍射产生的是(　　)
A.泊松亮斑
B.阳光经凸透镜后形成的亮斑
C.阳光下茂密树荫中的地面上的圆形亮斑
D.平行光照在一个障碍物上后,影子的轮廓模糊不清
答案:AD
解析:泊松亮斑是光在圆盘后的影的中心出现的一个亮斑,它是由光发生衍射造成的,选项A正确。阳光经凸透镜后形成的亮斑是由光的折射形成的,选项B错误。阳光下茂密树荫中的地面上的圆形亮斑是小孔成像现象,选项C错误。平行光照在一个障碍物上后,影子的轮廓模糊不清,这是光发生衍射造成的,选项D正确。
2.(多选)关于光的衍射,下列说法正确的是(　　)
A.只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小时,才会发生光的衍射现象
B.当障碍物或狭缝的尺寸很大时,会发生衍射现象
C.单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的条纹
D.光照到较大圆孔上时,屏上出现大光斑,不存在光的衍射
答案:BC
解析:衍射现象不论障碍物或狭缝的尺寸如何,都会发生,只是当障碍物或狭缝的尺寸足够小时,才会发生明显的衍射,选项A错误,B正确。单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的条纹,选项C正确。屏上大光斑的边线很模糊,正是光的衍射造成的,不能认为不存在衍射现象,选项D错误。
3.一束激光照在很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在阴影中心有一个亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是(　　)
A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象
B.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象
C.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象
D.圆盘中心是不透光的,这是光的干涉现象
答案:C
解析:泊松亮斑是光线绕过不透光的圆盘发生衍射形成的,选项A、B、D错误,C正确。
4.(多选)图甲、乙是单色光通过窄缝后形成的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
答案:AB
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。故选项A、B正确,C、D错误。
5.一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板,在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹,现将其中一条狭缝挡住,让这束红光只通过一条狭缝,则在光屏上可以看到(　　)
A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是亮条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央亮条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的亮条纹
D.无条纹,只存在一片红光
答案:B
解析:挡住一条狭缝后,在光屏上得到的是单缝衍射图样。衍射图样和干涉图样中央都出现亮条纹,两侧都出现明暗相间的条纹;干涉图样为等间距的明暗相间的条纹,而衍射图样为不等间距的明暗相间的条纹,且衍射图样中央亮条纹较宽,选项B正确。
6.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。
(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___________产生的。
(2)移去A后,遮住缝S1或缝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____________________。
光的衍射
双缝S1、S2太宽
解析:(1)移去B后只剩下单缝,故发生单缝衍射形成条纹,故此条纹是由于光的衍射产生的。
(2)没有出现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。

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