人教版選修34 光的衍射 第1課時(shí) 學(xué)案.docx

13.5光的衍射學(xué)習(xí)目標(biāo)一、知識(shí)與能力1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)光的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯的光的衍射現(xiàn)象的條件，從而對(duì)光的波動(dòng)性有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí).2.通常學(xué)習(xí)知道“幾何光學(xué)”中所說(shuō)的光沿直線傳播是一種近似規(guī)律.二、過(guò)程與方法1.通過(guò)討論和對(duì)單縫衍射裝置的觀察，理解衍射條件的設(shè)計(jì)思想.2.在認(rèn)真觀察課堂演示實(shí)驗(yàn)和課外自己動(dòng)手觀察衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生比較推理能力和抽象思維能力.三、情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)“泊松亮斑”等科學(xué)小故事的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)定的自信心、踏實(shí)勤奮的工作態(tài)度和科學(xué)研究品德.學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：1. 單縫衍射實(shí)驗(yàn)和圓孔衍射實(shí)驗(yàn)的觀察以及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.2、衍射條紋成因的初步說(shuō)明.新課教學(xué)光的衍射1衍射現(xiàn)象光在傳播過(guò)程中，遇到障礙物或小孔時(shí)，光不再沿直線傳播，而是繞到原來(lái)應(yīng)該是陰影的范圍之內(nèi)；當(dāng)小孔的直徑取某些特定值時(shí)，在圓形亮斑的中心還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)黑斑。這種現(xiàn)象稱為光的衍射。2明顯衍射條件在障礙物或小孔的尺寸可以跟波長(zhǎng)相比，甚至比波長(zhǎng)還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯。跟隨名師解疑難 1.單縫衍射的圖樣有哪些特點(diǎn)？(1)中央條紋亮而寬。如圖521所示。(2)兩側(cè)亮紋具有對(duì)稱性，亮紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱。(3)波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫較窄的中央條紋較寬，各條紋間距較寬；單縫寬度不變時(shí)，光波波長(zhǎng)較長(zhǎng)的中央條紋較寬，各條紋間距較寬。(4)白光的單縫衍射條紋是中央為白色亮紋，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近白色亮紋的條紋內(nèi)側(cè)為紫色。圖5212圓孔衍射的圖樣有哪些特點(diǎn)？(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小。如圖522所示。圖522(2)用不同色光照射圓孔時(shí)，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，中央圓形亮斑的直徑越大。(3)同一種單色光，圓孔越小，中央亮斑半徑越大，同時(shí)亮度越弱。(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環(huán)。(5)只有當(dāng)圓孔足夠小時(shí)，才能得到明顯的衍射圖樣，在圓孔由較大直徑逐漸減小的過(guò)程中，光屏依次得到幾種不同現(xiàn)象圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)、完全黑暗。3圓盤(pán)衍射的圖樣又有哪些特點(diǎn)？ (1)圓盤(pán)衍射圖樣的中央有個(gè)亮斑泊松亮斑，外側(cè)為明、暗相間的同心圓，且亮度越來(lái)越暗，亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨著半徑的增大而減小，如圖523所示。圖523(2)多數(shù)情況下，光照到較大的障礙物或孔上時(shí)是按照直線傳播的規(guī)律傳播的，在它們的后面留下陰影或光斑。如果障礙物、縫或小孔都小到與照射光的波長(zhǎng)差不多(或更小)，光就表現(xiàn)出明顯的衍射現(xiàn)象，在它們的后面形成泊松亮斑、明暗相間的條紋或圓環(huán)。特別提醒光遇小孔、單縫或障礙物時(shí)，衍射現(xiàn)象只有明顯不明顯之分，無(wú)發(fā)生不發(fā)生之別。學(xué)后自檢下列說(shuō)法不正確的是()a當(dāng)光的波長(zhǎng)比圓孔的直徑大時(shí)，可以產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象b衍射現(xiàn)象的研究表明“光沿直線傳播”只是一種近似規(guī)律c用平行的單色光垂直照射不透明的小圓板，在圓板的后面發(fā)現(xiàn)圓板陰影中心處有一亮斑，這是光的干涉現(xiàn)象d隔著帳?？催h(yuǎn)處的燈，見(jiàn)到燈周圍隔射彩色的光芒，這是光的衍射現(xiàn)象解析：選c產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是光波的波長(zhǎng)與障礙物的尺寸相近，而一般物體的尺寸比光波的波長(zhǎng)大得多，所以a、b正確；用平行的單色光垂直照射不透明的小圓板，在圓板的后面發(fā)現(xiàn)圓板陰影中心處有一亮斑，這是著名的泊松亮斑，是光的衍射現(xiàn)象，c錯(cuò)誤；遠(yuǎn)處燈發(fā)出的光經(jīng)過(guò)帳幔的縫隙產(chǎn)生衍射，因此可見(jiàn)燈周圍輻射彩色的光芒，d正確。衍射對(duì)分辨本領(lǐng)的影響1.一個(gè)光學(xué)儀器的分辨率本領(lǐng)是指將兩個(gè)相互靠近的物體的像分離開(kāi)來(lái)的能力。2光學(xué)顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器，其透鏡就相當(dāng)于圓孔，透鏡直徑越小，產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)就越低。學(xué)后自檢障礙物或孔的尺寸不同，光的一些行為有所不同，光的波長(zhǎng)不同，發(fā)生的一些光行為也不同，下列說(shuō)法中正確的是()a波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光，越容易發(fā)生衍射，因此要提高光學(xué)儀器的分辨率應(yīng)盡量使用波長(zhǎng)大的光或口徑小的透鏡b波長(zhǎng)越短的光，衍射越不明顯，越容易沿直線傳播，因此遙感衛(wèi)星應(yīng)盡可能利用波長(zhǎng)短的光c小孔成像的原理是光的直線傳播，小孔衍射的原理也是光的直線傳播d小孔成像遵守光路可逆原理，單縫衍射和雙縫干涉不遵守光路可逆解析：選d提高光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)應(yīng)減少衍射影響，所以要利用波長(zhǎng)短的光或口徑大的透鏡，故a錯(cuò)；衛(wèi)星遙感要克服大氣層對(duì)光的遮擋作用，因此應(yīng)使用波長(zhǎng)長(zhǎng)的紅外線，故b錯(cuò)；小孔衍射是一種衍射現(xiàn)象，不遵守光的直線傳播規(guī)律，也不遵守光路可逆原理，故c錯(cuò)，d對(duì)。衍射光柵1.結(jié)構(gòu)有許多等寬的狹縫等距離排列起來(lái)形成光學(xué)元件。狹縫的個(gè)數(shù)越多，衍射條紋的寬度越窄，亮度越高。2衍射圖樣的特點(diǎn)與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。3衍射光柵的種類反射光柵和透射光柵。學(xué)后自檢孔雀開(kāi)屏?xí)r羽毛上形成閃爍絢麗的色彩，瀑布在陽(yáng)光下呈現(xiàn)的彩虹以及通過(guò)狹縫觀察發(fā)光的日光燈時(shí)看到的彩色條紋，這些現(xiàn)象分別屬于()a光的干涉、色散和衍射現(xiàn)象b光的干涉、衍射和色散現(xiàn)象c光的衍射、色散和干涉現(xiàn)象d光的衍射、干涉和色散現(xiàn)象解析：選a孔雀細(xì)密的羽毛就像有規(guī)律地排列在一起的反射光柵，使多束反射光相互干涉。瀑布濺起的小水滴相當(dāng)于棱鏡，在陽(yáng)光下呈現(xiàn)的彩虹是色散現(xiàn)象。通過(guò)狹縫觀察發(fā)光的日光燈時(shí)看到的彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象，故a正確。典題例析1.在一次觀察光的衍射的實(shí)驗(yàn)中，觀察到如圖524所示的清晰的明暗相間的圖樣，那么障礙物應(yīng)是(黑線為暗線)()圖524a很小的不透明的圓板b很大的中間有大圓孔的不透明的圓板c很大的不透明的圓板d很大的中間有小圓孔的不透明的圓板思路點(diǎn)撥(1)知道圓孔衍射和圓板衍射的圖樣特點(diǎn)。(2)能夠分辨兩種衍射圖樣。解析：圖樣為清晰的衍射圖樣，故b錯(cuò)；圖樣中心為亮斑，說(shuō)明障礙物為d；若為a，則中央有一個(gè)小亮點(diǎn)，亮點(diǎn)外為大暗環(huán)；若為c，則圖樣為大暗斑，只是邊緣稍模糊。答案：d探規(guī)尋律區(qū)分圓孔衍射和不透光圓盤(pán)衍射的圖樣中心圓心處為小亮斑(即泊松亮斑)且中心圓環(huán)為較寬的暗環(huán)時(shí)為圓盤(pán)衍射；若中心為大的圓形亮斑，中心圓環(huán)為細(xì)而窄的暗紋時(shí)為圓孔衍射。跟蹤演練某同學(xué)使用激光器作光源，在不透光的擋板上開(kāi)一條縫寬為0.05 mm的窄縫，進(jìn)行光的衍射實(shí)驗(yàn)，如圖525所示，則他在光屏上看到的條紋是()圖525圖526解析：選b單縫衍射條紋中間寬，兩側(cè)越來(lái)越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故b對(duì)。2如圖527所示是4幅明暗相間的條紋圖樣，分別是紅光、藍(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是()圖527a紅黃藍(lán)紫b紅紫藍(lán)黃c藍(lán)紫紅黃 d藍(lán)黃紅紫思路點(diǎn)撥看條紋寬度確定是干涉還是衍射條紋間距解析：雙縫干涉條紋是等間距的條紋，單縫衍射條紋是中間最寬、兩邊越來(lái)越窄的條紋，因此1、3是干涉條紋，2、4是衍射條紋。干涉條紋中，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋越寬，因此1是紅光，3是藍(lán)光。同一單縫衍射中，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋越寬，因此2是紫光，4是黃光。答案：b探規(guī)尋律單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生頻率相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度中央條紋最亮，兩邊最暗條紋清晰，亮度基本相等相同點(diǎn)成因明暗相間的條紋，都是光波疊加時(shí)加強(qiáng)或削弱的結(jié)果意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波跟蹤演練(上海高考)如圖528為紅光或紫光通過(guò)雙縫或單縫所呈現(xiàn)的圖樣，則()圖528a甲為紫光的干涉圖樣b乙為紫光的干涉圖樣c丙為紅光的干涉圖樣d丁為紅光的干涉圖樣解析：選b對(duì)于干涉條紋，明條紋和暗條紋在比較多的條數(shù)之內(nèi)都保持寬度相等，且波長(zhǎng)越大，條紋越寬；對(duì)于衍射條紋，條紋寬度中間大，兩邊逐漸減小。由于紅光波長(zhǎng)大于紫光波長(zhǎng)，故紅光條紋比紫光條紋寬，因此甲是紅光干涉圖樣，乙是紫光干涉圖樣，丙是紅光衍射圖樣，丁是紫光衍射圖樣，故選項(xiàng)b對(duì)，a、c、d錯(cuò)。課堂練習(xí)1關(guān)于衍射，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()a衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后產(chǎn)生的結(jié)果b雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象c一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象d影的存在是一個(gè)與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實(shí)解析：選d衍射圖樣是很復(fù)雜的光波疊加現(xiàn)象，雙縫干涉中光通過(guò)三個(gè)狹縫時(shí)均發(fā)生衍射現(xiàn)象，一般現(xiàn)象中既有干涉又有衍射。一切波都能發(fā)生衍射，但要發(fā)生明顯的衍射，需要滿足障礙物的尺寸小于或相當(dāng)于波長(zhǎng)的條件。2春季我國(guó)沙塵天氣較多，沙塵暴是由于土地沙化引起的一種惡劣的氣象現(xiàn)象。發(fā)生沙塵暴時(shí)能見(jiàn)度只有幾十米，天空變黃發(fā)暗，這是由于在這種情況下()a只有波長(zhǎng)較短的一部分光才能到達(dá)地面b只有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的一部分光才能到達(dá)地面c只有頻率較大的一部分光才能到達(dá)地面d沒(méi)有光能夠到達(dá)地面解析：選b發(fā)生沙塵暴時(shí)，由于沙塵懸浮在空中，只有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的一部分光通過(guò)衍射才能到達(dá)地面。故選項(xiàng)b正確。3單色光源發(fā)出的光經(jīng)一狹縫，照射到光屏上，在圖529中可觀察到的圖象是()圖529解析：選a光的雙縫干涉條紋是等間距、等寬度的明暗相間的條紋，而在光的單縫衍射圖樣中，中間是寬度最大最亮的亮條紋，在中央條紋兩邊的亮條紋寬度越來(lái)越小，亮度也越來(lái)越低，故a正確。4如圖5210所示，a、b兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖樣，其中圖a是光的_(填“干涉”或“衍射”)圖樣。由此可以判斷出圖a所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑_(填“大于”或“小于”)圖b所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑。圖5210解析：題圖a中出現(xiàn)明暗相間的條紋，是衍射現(xiàn)象，題圖b中出現(xiàn)圓形亮斑。只有障礙物或孔的尺寸比光波的波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)相差不多時(shí)，才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。題圖a是光的衍射圖樣，由于光波波長(zhǎng)很短，約在107 m數(shù)量級(jí)上，所以題圖a對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑比題圖b所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑小。題圖b的形成可以用光的直線傳播解釋。 答案：衍射小于作業(yè)一、選擇題(共8小題，每小題5分，共40分，每小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確。)1下列現(xiàn)象中，屬于光的衍射的是()a雨后天空出現(xiàn)彩虹b通過(guò)一個(gè)狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋c海市蜃樓現(xiàn)象d日光照射在肥皂膜上出現(xiàn)彩色條紋解析：選b本題考查光的衍射現(xiàn)象，意在考查考生對(duì)衍射現(xiàn)象的基本理解。雨后的彩虹是光的色散，則a錯(cuò)誤；通過(guò)一個(gè)狹縫觀察到的彩色條紋屬于光的衍射，則b正確；海市蜃樓是全反射和折射，則c錯(cuò)誤；日光下的肥皂膜出現(xiàn)的彩色條紋是薄膜干涉現(xiàn)象，則d錯(cuò)誤。2用單色光分別通過(guò)小圓盤(pán)與小圓孔做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，在光屏上得到衍射圖樣，它們的特點(diǎn)是()a用前者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是暗的，用后者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是亮的b用前者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是亮的，用后者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是暗的c中央均為亮點(diǎn)的同心圓形條紋d中央均為暗點(diǎn)的同心圓形條紋解析：選c小孔衍射和圓盤(pán)衍射，圖樣中央均為加強(qiáng)點(diǎn)，故中央均為亮點(diǎn)，周圍是以亮點(diǎn)為圓心的圓形條紋，故c正確，a、b、d均錯(cuò)誤。3觀察單縫衍射現(xiàn)象時(shí)，把縫寬由0.2 mm逐漸增大到0.8 mm，看到的現(xiàn)象是()a衍射條紋的間距逐漸變小，衍射現(xiàn)象逐漸不明顯b衍射條紋的間距逐漸變大，衍射現(xiàn)象越來(lái)越明顯c衍射條紋的間距不變，只是亮度增強(qiáng)d以上現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生解析：選a觀察衍射圖樣發(fā)現(xiàn)：狹縫的寬度逐漸變小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋間距變大。本題是縫寬增大，所以選項(xiàng)a正確。4在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣，下列四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是()圖1aa、cbb、cca、d db、d解析：選d單縫衍射條紋的特點(diǎn)是中央亮條紋最寬、最亮，雙縫干涉條紋是等間距的條紋，所以a是干涉條紋，b、d是單縫衍射條紋，c是小孔衍射圖樣。5在一個(gè)發(fā)光的小電珠和光屏之間放一個(gè)大小可以調(diào)節(jié)的圓形孔屏，在圓孔從較大調(diào)至完全閉合的過(guò)程中，在屏上看到的現(xiàn)象是()a先是圓形亮區(qū)，最后完全黑暗b先是圓形亮區(qū)，再是圓形亮環(huán)，最后完全黑暗c先是圓形亮環(huán)，最后完全黑暗d先是圓形亮環(huán)，然后圓形亮區(qū)，最后完全黑暗解析：選b在圓孔由大到小調(diào)節(jié)過(guò)程中，當(dāng)孔較大時(shí)，光沿直線傳播，在屏上得到圓形亮斑；當(dāng)孔的直徑減小到與光波的波長(zhǎng)相近時(shí)，產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象，屏上將出現(xiàn)明、暗相間的亮環(huán)，當(dāng)孔繼續(xù)減少到完全閉合，沒(méi)有光到達(dá)屏上時(shí)，屏上完全黑暗。6抽制細(xì)絲時(shí)可以用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖2所示，激光束越過(guò)細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的條紋和它通過(guò)遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則()圖2這是利用光的干涉現(xiàn)象這是利用光的衍射現(xiàn)象如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲粗了如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲細(xì)了abc d解析：選b本題考查發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，上述現(xiàn)象符合光的明顯衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，故正確；由明顯衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件可知：絲越細(xì)衍射現(xiàn)象越明顯，故正確。7用點(diǎn)光源發(fā)出的光照射一個(gè)障礙物，在屏上形成的陰影的邊緣部分模糊不清，產(chǎn)生的原因是()a光的反射 b光的折射c光的干涉 d光的衍射解析：選d光發(fā)生衍射后會(huì)分散在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，這個(gè)區(qū)域都有部分光到達(dá)也就會(huì)出現(xiàn)不明不暗模糊不清的現(xiàn)象。8平行光通過(guò)小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較，下列說(shuō)法 中正確的有()a在衍射圖樣的中心都是亮斑b泊松亮斑中心亮點(diǎn)周圍的暗環(huán)較寬c小孔衍射的圖樣的中心是暗斑，泊松亮斑圖樣的中心是亮斑d小孔衍射圖樣中亮、暗條紋間的間距是均勻的，泊松亮斑圖樣中亮、暗條紋間的間距是不均勻的解析：選ab小孔衍射的圖樣是中心亮點(diǎn)，向外依次為明暗相間的環(huán)狀條紋；泊松亮斑的圖樣是中心亮點(diǎn)，向外是圓板的黑影，再向外是明暗相間的環(huán)狀條紋。二、非選擇題(共2小題，共20分)9(10分)用某種單色光源垂直