人教版選修3－4 13.5 光的衍射 學(xué)案.doc

13.5 光的衍射 學(xué)案 知識導(dǎo)學(xué) 本節(jié)內(nèi)容主要包含了三個知識點，即單縫衍射、圓孔衍射和發(fā)生明顯衍射的條件，在對本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)時，明確衍射現(xiàn)象的產(chǎn)生條件.同時，我們應(yīng)該知道衍射是光的一種本性，衍射和干涉是波所具有的特性.我們要認(rèn)識光的干涉和光的衍射的區(qū)別，加深對所學(xué)知識的理解.知識梳理1.單縫衍射：單色平行光照射一條狹縫，當(dāng)狹縫較寬時，光沿_傳播，在光屏上產(chǎn)生一條寬度跟單縫的亮區(qū)，但當(dāng)縫寬很小時，盡管亮區(qū)的_有所減小，但是_反而增大了，這表明光經(jīng)過單狹縫時，并沒沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣傳播到了相當(dāng)寬的地方，這就是光的衍射現(xiàn)象，而且狹縫越窄，衍射在光屏上產(chǎn)生的中央亮條紋越_.2.圓孔衍射：用點光照射某一擋板上的圓孔，當(dāng)圓孔直徑較大時，在光屏上得到一個圓形亮斑，其直徑大小與按光的_作圖得到的直徑相同.但是，當(dāng)圓孔縮小到足夠小時，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)，光在屏上所能達(dá)到的區(qū)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)_光按直線傳播時所應(yīng)照亮的區(qū)域，這也就是光的衍射現(xiàn)象.3.光發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物、小孔和狹縫的尺寸可以與光的波長_，或者比光的波長_時，光才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，即光不再沿直線傳播.通常情況下，光的波長很?。ㄖ挥惺种畮孜⒚祝?，而一般障礙物的尺寸_光的波長，故觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，可以近似認(rèn)為光是沿直線傳播的.疑難突破1.理解單縫衍射圖樣 剖析：（1）單縫衍射圖樣：單色光的單縫衍射圖樣是相互平行的明暗條紋，但各條紋的寬度和亮度不同，中央亮條紋最亮最寬，從中央亮條紋向外，亮紋的亮度和寬度迅速減小.（下面是對單縫衍射和雙縫干涉圖樣的比較） 說明：縫變窄，通過的光能變少，而光能分布的范圍變寬，所以亮紋的亮度降低. 中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關(guān)，入射光波長越長，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距離就越大. 用白色光做單縫衍射時，中央亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中央亮條紋仍然最寬最亮，其中最靠近中央的色光是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光.（2）用單色光照射狹縫，在狹縫較寬時，屏上出現(xiàn)一段亮條紋，且縫越窄，亮條紋也越窄，因為此時狹縫寬度比波長大很多，光是沿直線傳播的；當(dāng)狹縫很窄時，屏中央出現(xiàn)一條比狹縫寬度大很多的亮條紋，兩側(cè)出現(xiàn)明暗相間，但間距和亮度不等的條紋；當(dāng)狹縫更窄時，中央亮條紋更寬，兩側(cè)的亮條紋離中央亮條紋更遠(yuǎn)，產(chǎn)生了明顯的衍射現(xiàn)象.2.光的干涉和光的衍射的比較剖析：(1)雙縫干涉和單縫衍射都是波疊加的結(jié)果，只是干涉條紋是有限的幾束光的疊加，而衍射條紋可認(rèn)為是極多且復(fù)雜的相干光的疊加.(2)單縫衍射時，照射光的波長越長，中央亮紋越寬，衍射和干涉都能使白光分色，且中央白光的邊緣均呈紅色.(3)干涉和衍射的圖樣有相似之處，都是明暗相間的條紋.只是干涉條紋中各條紋寬度和亮度基本相同，衍射條紋中各條紋寬度和亮度均不等，中央亮紋最寬、最亮.典題精講【例1】 某同學(xué)以線狀白熾燈為光，利用游標(biāo)卡尺兩腳間形成的狹縫觀察光的衍射現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點，你認(rèn)為正確的是（ )a.若狹縫與燈泡平行，衍射條紋與狹縫平行b.若狹縫與燈泡垂直，衍射條紋與狹縫垂直c.衍射條紋的疏密程度與狹縫的寬度有關(guān)d.衍射條紋的間距與光的波長有關(guān)思路解析：若狹縫與線狀燈平行，衍射條紋與狹縫平行且現(xiàn)象明顯，故a項對.若狹縫與線狀燈垂直，衍射現(xiàn)象不明顯，故b項錯.狹縫越窄，條紋越疏，故c項對.波長越長，條紋間距越大，故d項對.答案：acd綠色通道：衍射條紋的疏密程度與縫寬有關(guān)，縫越小，條紋越疏；條紋間距與波長有關(guān)，波長越長，間距越大.變式訓(xùn)練：如圖所示是通過游標(biāo)卡尺兩測腳間的狹縫觀察白熾燈線光時所拍下的四張照片，這四張照片表明了光通過單狹縫后形成的_圖樣，從照片（1）和（4）的圖樣分析可知，游標(biāo)卡尺兩測腳間的寬度是由_變_的，照片（4）中間條紋的顏色就是_色.答案：衍射寬窄白【例2】下列說法中正確的是（ )a.光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性 b.光的頻率越大，波長越長c.光的波長越長，光子的能量越大 d.光在真空中的傳播速度為3.00108 m/s思路解析：干涉和衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象.光既然也會發(fā)生干涉和衍射，則可推斷光具有波動性，故a正確.光波的波長決定于頻率f和波速v，即=,故b錯.光子的能量決定于頻率，并不取決于波長，故c錯.由實驗可知光在真空中的傳播速度為3.00108 m/s,故選項a、d正確.答案：ad綠色通道：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，但存在明顯的區(qū)別：雙縫干涉條紋是等間距、等亮度的，而單縫衍射條紋除中央明條紋最寬最亮外，兩側(cè)條紋亮度、寬度逐漸減小.變式訓(xùn)練：關(guān)于光的干涉、衍射及其應(yīng)用，下列說法中正確的是（ )a.在光的干涉和衍射現(xiàn)象中，都出現(xiàn)亮暗相間的條紋或彩色條紋，因此干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象是相同的b.水面上的油層在陽光的照射下出現(xiàn)彩色條紋是干涉現(xiàn)象，泊松亮斑是衍射現(xiàn)象c.增透膜增加透射光，減少反射光是利用了光的干涉d.激光防偽商標(biāo)，看起是彩色的，這是光的干涉現(xiàn)象思路解析：光的干涉和衍射雖然有很多共性，但屬于不同的光現(xiàn)象，a錯誤.油膜的彩色條紋是薄膜干涉產(chǎn)生的，泊松亮斑是很小的圓斑，是光衍射產(chǎn)生的，b正確.增透膜的作用是增加透射光的強度，減小反射光的損失，厚度應(yīng)等于光波在膜中波長的，其原理利用了光的干涉，正確.激光防偽商標(biāo)的彩色條紋是薄膜干涉引起的，正確.答案：bcd 問題探究 問題：學(xué)完本節(jié)知識后，小明設(shè)計了如下一個實驗，觀察光的衍射條紋，請試試看它的方法是否可行，并思考總結(jié)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的條件. 導(dǎo)思：（1）在此前章節(jié)的學(xué)習(xí)中，我們對單色光與復(fù)色光已經(jīng)有了深刻的了解，請同學(xué)們認(rèn)真思考一下，此實驗中我們用到的光白熾燈所發(fā)出的光，屬于單色光還是復(fù)色光，若換用另一種色光做此實驗，結(jié)果有何不同？（2）為了能夠清楚地觀察到衍射條紋，燈絲的背景要盡量選得暗淡些，避免產(chǎn)生過強的反射光，影響觀察效果.此外，還應(yīng)注意狹縫與光間距的選擇要恰當(dāng). 探究：實驗器材 長直燈絲的白熾燈泡(或日光燈)、電、游標(biāo)卡尺、導(dǎo)線若干. 實驗步驟(1)用具有長直燈絲的白熾燈(或較遠(yuǎn)距離的日光燈代替)作線狀光，將其水平固定.(2)調(diào)節(jié)游標(biāo)卡尺兩腳間的距離，形成一個0.5 mm的狹縫.(3)在距燈絲幾米遠(yuǎn)處，使游標(biāo)卡尺的狹縫與直燈絲平行，眼睛靠近狹縫觀察光.(4)調(diào)節(jié)狹縫的寬度，使狹縫寬度分別為0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm