人教版選擇性必修第一冊高二物理同步易混易錯4.5光的衍射(原卷版+解析)

第四章光第5節(jié)光的衍射重點+難點核心素養(yǎng)解讀單縫衍射實驗的觀察以及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，衍射條紋成因的初步說明．1.物理觀念：認識光的衍射現(xiàn)象．2．科學探究：讓學生通過質(zhì)疑、猜想、實驗，將獲得的信息演繹、歸納成結(jié)論．知識點一光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當縫很時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了的地方．這就是光的衍射現(xiàn)象．2．各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生，致使影的輪廓，出現(xiàn)的條紋．3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：在障礙物或狹縫的尺寸足夠的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯．知識點二衍射光柵1．構(gòu)成：由許多的狹縫地排列起來形成的光學元件．2．增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度變，亮度．3．種類：和．易錯易混點一光的衍射易錯易混點1.1對光的衍射現(xiàn)象認識不清。例1．(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋B．白光的單縫衍射圖樣是白黑相間的直條紋C．光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射D．光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播，不存在光的衍射易錯易混點1.1剖析1．單縫衍射(1)單色光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋．(2)波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大．2.圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)．如圖所示．(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?。?2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．(3)用不同單色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，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，周圍是彩色的同心圓環(huán)．3．圓板衍射(泊松亮斑)(1)若在單色光傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑．衍射圖樣如圖所示．(2)中央是亮斑(與圓孔衍射圖樣中心亮斑比較，泊松亮斑較小)，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)．易錯易混點二單縫衍射與雙縫干涉的比較易錯易混點2.1對單縫衍射與雙縫干涉區(qū)別與聯(lián)系認識不清例3．如圖所示，甲、乙、丙、丁四幅圖是不同的單色光通過同一雙縫或單縫形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是()A．甲、乙是光的干涉圖樣B．丙、丁是光的干涉圖樣C．形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長短D．形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣的光的波長短易錯易混點2.1剖析種類項目單縫衍射雙縫干涉不同點產(chǎn)生條件狹縫足夠小(發(fā)生明顯衍射)頻率相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等，中央條紋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，越向兩側(cè)條紋越暗各條紋亮度基本相同相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋針對訓練1.觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm，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)象越來越明顯C．衍射條紋的間距不變，只是亮度增強D．以上現(xiàn)象都不會發(fā)生2.平行光通過小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較，下列說法中正確的是()A．衍射圖樣的中心都是亮斑B．泊松亮斑中心亮點周圍的暗環(huán)較窄C．小孔衍射的衍射圖樣的中心是暗斑，泊松亮斑圖樣的中心是亮斑D．小孔衍射的衍射圖樣中亮、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3.如圖所示，a、b兩束光以不同的入射角由介質(zhì)射向空氣，結(jié)果有相同的折射角．下列說法正確的是()A．b光在該介質(zhì)中的折射率比a光的大B．做單縫衍射實驗時，若其他條件相同，用b光產(chǎn)生的中央亮條紋要比用a光產(chǎn)生的中央亮條紋寬C．用a光更易觀測到泊松亮斑D．做雙縫干涉實驗時，若其他條件相同，用a光產(chǎn)生的干涉圖樣中的條紋間距要比用b光產(chǎn)生的條紋間距大4.(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后干涉的結(jié)果B．雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象C．一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．影子的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實5.某同學使用激光器做光源，在不透光的擋板上開一條寬度為0.05mm的窄縫(水平)，進行光的衍射實驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()6.如圖所示的四種明暗相間的條紋分別是紅光、黃光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及綠光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)．在下面的四幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是()A．黃綠紅紫 B．黃紫紅綠C．紅紫黃綠 D．紅綠黃紫7.單色光通過四種元件產(chǎn)生的明暗條紋圖樣如圖所示，以下說法正確的是()A．甲、乙圖為干涉圖樣，丙、丁圖為衍射圖樣B．甲圖中條紋間距越大，該色光的波長越長C．乙圖中單縫越寬，中央亮紋越寬D．丙圖中圓孔尺寸越大，圖樣現(xiàn)象越明顯8.觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm，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)象越來越明顯C．衍射條紋的間距不變，只是亮度增強D．以上現(xiàn)象都不會發(fā)生9.如圖所示的四種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。則在下面的四個圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是()A．紅黃藍紫B．紅紫藍黃C．藍紫紅黃D．藍黃紅紫10.(多選)如圖(a)所示的是做雙縫干涉實驗的示意圖。先做操作1：用兩塊不同顏色的濾光片分別擋住雙縫屏上下兩半部分Ⅰ和Ⅱ；接著再做操作2：用不透明的擋板擋住b縫。若兩塊濾光片一塊是紅色，一塊是藍色，則()A．完成操作1后，光屏上出現(xiàn)的是圖(b)圖案，且甲是紅色條紋，乙是藍色條紋B．完成操作1后，光屏上出現(xiàn)的是圖(c)圖案，且丙是藍色條紋，丁是紅色條紋C．完成操作2后，光屏上出現(xiàn)的是圖(b)圖案，且甲是藍色條紋，乙是紅色條紋D．完成操作2后，光屏上出現(xiàn)的是圖(c)圖案，且丙是紅色條紋，丁是藍色條紋第四章光第5節(jié)光的衍射重點+難點核心素養(yǎng)解讀單縫衍射實驗的觀察以及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，衍射條紋成因的初步說明．1.物理觀念：認識光的衍射現(xiàn)象．2．科學探究：讓學生通過質(zhì)疑、猜想、實驗，將獲得的信息演繹、歸納成結(jié)論．知識點一光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當縫很窄時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當寬的地方．這就是光的衍射現(xiàn)象．2．各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現(xiàn)明暗相間的條紋．3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：在障礙物或狹縫的尺寸足夠小的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯．知識點二衍射光柵1．構(gòu)成：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學元件．2．增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加．3．種類：透射光柵和反射光柵．易錯易混點一光的衍射易錯易混點1.1對光的衍射現(xiàn)象認識不清。例1．(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋B．白光的單縫衍射圖樣是白黑相間的直條紋C．光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射D．光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播，不存在光的衍射【答案】AC【解析】紅光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是紅暗相間的直條紋，白光的單縫衍射圖樣是彩色條紋，A正確，B錯誤；光照到不透明小圓盤上，在其陰影中心處出現(xiàn)亮斑，是衍射現(xiàn)象，C正確；D項中光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，仍存在光的衍射，只是不明顯，D錯誤．易錯易混點1.1剖析1．單縫衍射(1)單色光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋．(2)波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大．2.圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)．如圖所示．(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?。?2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．(3)用不同單色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，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，周圍是彩色的同心圓環(huán)．3．圓板衍射(泊松亮斑)(1)若在單色光傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑．衍射圖樣如圖所示．(2)中央是亮斑(與圓孔衍射圖樣中心亮斑比較，泊松亮斑較小)，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)．易錯易混點二單縫衍射與雙縫干涉的比較易錯易混點2.1對單縫衍射與雙縫干涉區(qū)別與聯(lián)系認識不清例3．如圖所示，甲、乙、丙、丁四幅圖是不同的單色光通過同一雙縫或單縫形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是()A．甲、乙是光的干涉圖樣B．丙、丁是光的干涉圖樣C．形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長短D．形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣的光的波長短【答案】A【解析】干涉條紋是等間距的條紋，因此題圖甲、乙是干涉圖樣，題圖丙、丁是衍射圖樣，故A正確，B錯誤；由公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，條紋寬的光的波長長，所以形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長長，故C錯誤；形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣的光的波長長，故D錯誤．易錯易混點2.1剖析種類項目單縫衍射雙縫干涉不同點產(chǎn)生條件狹縫足夠小(發(fā)生明顯衍射)頻率相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等，中央條紋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，越向兩側(cè)條紋越暗各條紋亮度基本相同相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋針對訓練1.觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm，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)象越來越明顯C．衍射條紋的間距不變，只是亮度增強D．以上現(xiàn)象都不會發(fā)生【答案】A【解析】由單縫衍射實驗的調(diào)整與觀察可知，狹縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋越寬，條紋間距也越大，本題的調(diào)整是將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反的方向發(fā)展，故選項A正確，B、C、D錯誤．2.平行光通過小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較，下列說法中正確的是()A．衍射圖樣的中心都是亮斑B．泊松亮斑中心亮點周圍的暗環(huán)較窄C．小孔衍射的衍射圖樣的中心是暗斑，泊松亮斑圖樣的中心是亮斑D．小孔衍射的衍射圖樣中亮、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【答案】A【解析】小孔衍射的圖樣是中心亮點，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，向外是圓形的黑影，再向外是明暗相間的環(huán)狀條紋，如圖所示．泊松亮斑圓孔衍射3.如圖所示，a、b兩束光以不同的入射角由介質(zhì)射向空氣，結(jié)果有相同的折射角．下列說法正確的是()A．b光在該介質(zhì)中的折射率比a光的大B．做單縫衍射實驗時，若其他條件相同，用b光產(chǎn)生的中央亮條紋要比用a光產(chǎn)生的中央亮條紋寬C．用a光更易觀測到泊松亮斑D．做雙縫干涉實驗時，若其他條件相同，用a光產(chǎn)生的干涉圖樣中的條紋間距要比用b光產(chǎn)生的條紋間距大【答案】B【解析】由光路圖可知，a光偏折程度較大，在該介質(zhì)中的折射率較大，頻率較大，波長較短；b光偏折程度較小，在該介質(zhì)中的折射率較小，波長較長，易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故用b光更易觀測到泊松亮斑，A、C錯誤．做單縫衍射實驗時，若其他條件相同，波長越長，中央亮條紋越寬，所以用b光產(chǎn)生的中央亮條紋較寬，B正確．做雙縫干涉實驗時，若其他條件相同，用b光產(chǎn)生的干涉圖樣中的條紋間距較大，D錯誤．4.(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后干涉的結(jié)果B．雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象C．一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．影子的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實【答案】AB【解析】衍射條紋是光在狹縫間隙后相互疊加干涉的結(jié)果，A正確；雙縫干涉中光源通過每一個單一狹縫時有衍射現(xiàn)象，B正確；只有當縫隙的間距(或障礙物的尺寸)接近波長或者小于波長時才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，C錯誤；光通過縫隙的時候，縫隙從大到小依次會出現(xiàn)影子、像以及衍射條紋，光學原理依次為光的直線傳播、小孔成像和衍射，因此不矛盾，D錯誤．5.某同學使用激光器做光源，在不透光的擋板上開一條寬度為0.05mm的窄縫(水平)，進行光的衍射實驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()【答案】D【解析】單縫衍射條紋中間寬，兩側(cè)越來越窄，又由于單縫是水平的，故衍射條紋也是水平的，D對．6.如圖所示的四種明暗相間的條紋分別是紅光、黃光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及綠光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)．在下面的四幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是()A．黃綠紅紫 B．黃紫紅綠C．紅紫黃綠 D．紅綠黃紫【答案】C【解析】雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有亮條紋寬度相同且等間距，故a、c是雙縫干涉圖樣，根據(jù)雙縫干涉條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ可知，波長λ越長，Δx越大，故a是紅光的雙縫干涉圖樣，c是黃光的雙縫干涉圖樣；單縫衍射條紋是中間明亮且寬，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而波長越大，中央亮條紋越寬，故b、d是單縫衍射圖樣，b為紫光的單縫衍射圖樣，d為綠光的單縫衍射圖樣；故從左向右亮條紋的顏色依次是紅、紫、黃和綠．故選C.7.單色光通過四種元件產(chǎn)生的明暗條紋圖樣如圖所示，以下說法正確的是()A．甲、乙圖為干涉圖樣，丙、丁圖為衍射圖樣B．甲圖中條紋間距越大，該色光的波長越長C．乙圖中單縫越寬，中央亮紋越寬D．丙圖中圓孔尺寸越大，圖樣現(xiàn)象越明顯【答案】B【解析】題圖甲中，條紋等間距為單色光的雙縫干涉圖樣，題圖乙中，條紋不等間距為單色光的單縫衍射圖樣，題圖丙為單色光通過小圓孔的衍射圖樣，題圖丁為單色光通過小圓盤的衍射圖樣，故A錯誤；題圖甲中，根據(jù)干涉條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知條紋間距越大，該色光的波長越長，故B正確；題圖乙中單縫越寬，衍射現(xiàn)象越不明顯，中央亮紋越窄，故C錯誤；題圖丙中圓孔尺寸越大，圖樣現(xiàn)象越不明顯，故D錯誤．8.觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm，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)象越來越明顯C．衍射條紋的間距不變，只是亮度增強D．以上現(xiàn)象都不會發(fā)生【答案】A【解析】由單縫衍射實驗的調(diào)整與觀察可知，狹縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋越寬，條紋間距也越大。本題的調(diào)整是將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反的方向發(fā)展，故A正確，B、C、D錯