新教材高中物理第四章光第5節(jié)光的衍射學(xué)案新人教版選擇性必修第一冊(cè)

PAGEPAGE6第5節(jié)光的衍射課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.觀察光的衍射現(xiàn)象。2.了解明顯衍射產(chǎn)生的條件，知道其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。1.物理觀念:知道光的衍射現(xiàn)象，知道幾種衍射現(xiàn)象的圖樣。⒉科學(xué)思維:理解光產(chǎn)生明顯衍射的條件，知道衍射光柵的結(jié)構(gòu)和衍射圖樣的特點(diǎn)，知道衍射光柵的兩種分類。自主學(xué)習(xí)·必備知識(shí)教材研習(xí)教材原句要點(diǎn)光的衍射光沒(méi)有沿直線傳播，它繞過(guò)了縫的邊緣，傳播到了相當(dāng)寬的地方。這就是光的衍射①現(xiàn)象。在障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相當(dāng)，甚至比光的波長(zhǎng)還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯。自主思考①（1）白光經(jīng)單縫衍射和雙縫干涉產(chǎn)生的條紋有什么共同特點(diǎn)？（2）衍射和干涉條紋都是明暗相間的，兩種條紋是否完全一樣？（3）光遇到小孔、單縫或障礙物時(shí)，衍射現(xiàn)象可能發(fā)生，也可能不發(fā)生，這種說(shuō)法對(duì)嗎？答案：（1）都是中央為白色條紋，兩側(cè)為彩色條紋。（2）不一樣。衍射條紋是中間最寬、最亮，從中間向兩側(cè)逐漸變窄、變暗；干涉條紋是等間距的條紋，寬度和亮度相同。（3）不對(duì)。光遇到小孔、單縫或障礙物時(shí)，一定發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是有明顯與不明顯之分，無(wú)發(fā)生與不發(fā)生之別。名師點(diǎn)睛1.單縫衍射的條紋特點(diǎn)：中央條紋為亮條紋，離中心條紋越遠(yuǎn)，亮條紋的寬度越窄，亮度越暗；狹縫越窄，中央亮條紋越暗。2.圓盤(pán)衍射（泊松亮斑）現(xiàn)象：用平行光照射一個(gè)不透光的小圓盤(pán)時(shí)，在圓盤(pán)陰影中心出現(xiàn)一個(gè)亮斑；衍射圖樣的特點(diǎn)：圓形陰影中心有一亮斑，與圓孔衍射圖樣有明顯區(qū)別。互動(dòng)探究·關(guān)鍵能力探究點(diǎn)光的折射情境探究1.在十字路口為什么用紅色燈作為停止的信號(hào)燈呢？答案：提示停止信號(hào)燈之所以選擇紅色，一方面是由于我們的眼睛對(duì)紅色比較敏感，敏感度超過(guò)黃色或綠色；另一方面是由于在可見(jiàn)光中紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，容易穿透空氣中的水霧和煙塵，即波動(dòng)性較強(qiáng)，靠衍射現(xiàn)象繞過(guò)水霧和煙塵。而其他的光波長(zhǎng)較短，容易受到空氣中浮動(dòng)的粒子擾亂，因此紅光比其他各種顏色的光更容易透過(guò)空氣傳到遠(yuǎn)方。這種能從遠(yuǎn)方看見(jiàn)停止信號(hào)的情形，對(duì)交通來(lái)說(shuō)極為重要，因?yàn)轳{駛員為了使車能安全地停止，在很遠(yuǎn)的地方就可以開(kāi)始剎車。探究歸納1.對(duì)光的衍射的理解（1）衍射現(xiàn)象和衍射條紋①衍射現(xiàn)象：光通過(guò)很窄的縫或很小的孔時(shí)，光沒(méi)有沿直線傳播，而是繞過(guò)縫或孔的邊緣傳播到相當(dāng)寬的地方的現(xiàn)象。②衍射條紋特點(diǎn)：衍射條紋是一些明暗相間的條紋，中央條紋最寬、最亮，離中央條紋越遠(yuǎn)，亮條紋的寬度越小，亮度越低。（2）光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔、縫的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)相差不多。2.三種衍射圖樣的比較（1）單縫衍射圖樣①中央條紋最亮，越向兩邊越暗，條紋間距不等。越靠外，條紋間距越小。②縫變窄，通過(guò)的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮紋的亮度降低。③中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長(zhǎng)及單縫寬度有關(guān)，入射光波長(zhǎng)越大，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。④用白光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，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（如圖b）。（2）圓孔衍射圖樣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。如圖所示。②圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時(shí)亮度越弱。③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)越大，中央圓形亮斑的直徑越大。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的現(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）不透光的圓盤(pán)的衍射圖樣①中央是亮斑（泊松亮斑）。②周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小。3.單縫衍射與雙縫干涉的比較項(xiàng)目單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)產(chǎn)生條件任何光都能發(fā)生頻率相同、相位相同、振動(dòng)方向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)成因都有明暗相間的條紋，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4.衍射光柵（1）衍射光柵的結(jié)構(gòu)：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來(lái)形成的光學(xué)元件。（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、透射光柵。探究應(yīng)用例（多選）關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是()A.光照到不透明小圓盤(pán)上出現(xiàn)泊松亮斑，說(shuō)明發(fā)生了衍射B.白光的單縫衍射圖樣是黑白相間的直條紋C.雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象D.雙縫干涉圖樣與單縫衍射圖樣中的條紋寬度都是均勻的，只是亮度規(guī)律不同答案：A;C解析：光照到不透明圓盤(pán)上，在其陰影處出現(xiàn)亮斑，是衍射現(xiàn)象，A正確；白光的單縫衍射圖樣中央是白色條紋，兩側(cè)是彩色條紋，B錯(cuò)誤；雙縫干涉中也存在單縫衍射現(xiàn)象，C正確；雙縫干涉圖樣中的條紋寬度是均勻的，單縫衍射圖樣中的條紋寬度是不均勻的，D錯(cuò)誤。方法探究區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法（1）根據(jù)條紋的寬度區(qū)分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的；而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，兩側(cè)的條紋逐漸變窄。（2）根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分：雙縫干涉條紋從中央亮條紋往兩側(cè)亮度變化很?。欢鴨慰p衍射條紋中央亮條紋最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗。遷移應(yīng)用1.一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋?，F(xiàn)將其中一條窄縫擋住，讓這束紅光只通過(guò)一條窄縫，則在光屏上可以看到()A.與原來(lái)相同的明暗相間的條紋，只是明條紋比原來(lái)暗些B.與原來(lái)不相同的明暗相間的條紋，而中央明條紋變寬些C.只有一條與縫寬對(duì)應(yīng)的明條紋D.無(wú)條紋，只存在一片紅光答案：B解析：光產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象，說(shuō)明兩縫都很窄，能夠滿足使紅光發(fā)生明顯衍射的條件，擋住一縫后，在屏上得到的是單縫衍射圖樣。2.如圖所示，a、b、c、d四個(gè)圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣。分析各圖樣的特點(diǎn)可以得出的正確結(jié)論是()A.a、b是光的衍射圖樣B.c、d是光的衍射圖樣C.形成a圖樣的光的波長(zhǎng)比形成b圖樣的光的波長(zhǎng)短D.形成c圖樣的光的波長(zhǎng)比形成d圖樣的光的波長(zhǎng)短答案：B解析：雙縫干涉圖樣的條紋等間距，單縫衍射圖樣的條紋中央亮條紋最寬，兩側(cè)亮條紋逐漸變窄，A錯(cuò)誤，B正確；無(wú)論是雙縫干涉還是單縫衍射，形成的圖樣中，條紋間距大的波長(zhǎng)長(zhǎng)，C、D錯(cuò)誤。評(píng)價(jià)檢測(cè)·素養(yǎng)提升課堂檢測(cè)1.（多選）（2021浙江金華期中）沙塵暴是由土地沙漠化引起的一種惡劣的天氣現(xiàn)象，發(fā)生沙塵暴時(shí)能見(jiàn)度只有十幾米，天氣變黃變暗，這是由于這種情況下()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.只有頻率較小的一部分光才能到達(dá)地面答案：B;D解析：據(jù)光發(fā)生衍射的條件，發(fā)生沙塵暴時(shí)，只有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的一部分光線能到達(dá)地面，據(jù)λ=c2.關(guān)于下列四幅圖中所涉及的物理知識(shí)的論述中，正確的是()A.甲圖是光的干涉圖樣B.乙圖是光的衍射圖樣C.丙圖是光的折射原理D.丁圖是光導(dǎo)纖維利用光的全反射原理，其內(nèi)芯折射率小于外套的折射率答案：C解析：甲圖是光的衍射圖樣，乙圖是光的干涉圖樣，A、B錯(cuò)誤；丙圖是光的折射原理，C正確；丁圖中光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯折射率大于外套的折射率，D錯(cuò)誤。3.（多選）做單縫衍射實(shí)驗(yàn)和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，用激光比普通光源效果更好，圖像更清晰。如圖甲所示，如果將感光元件置于光屏上，則不僅能在光屏上看到彩色條紋，還能通過(guò)感光元件中的信號(hào)轉(zhuǎn)換，在電腦上看到光強(qiáng)的分布情況。下列說(shuō)法正確的是()A.做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖如圖乙所示B.做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖如圖丙所示C.做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖如圖乙所示D.做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖如圖丙所示答案：A;D解析：雙縫干涉條紋等間距，單縫衍射條紋一定不等間距，即中央寬、兩邊窄的明暗相間的條紋。4.（多選）下列說(shuō)法正確的是()A.光纖通信利用了全反射的原理B.水面上的油膜在陽(yáng)光照射下會(huì)呈現(xiàn)彩色，這是光的衍射造成的C.障礙物的尺寸比光的波長(zhǎng)大得多時(shí)，一定不