人教版物理高中舉一反三-選擇性必修一專題4.5 光的衍射（教師版）

專題4.5光的衍射【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【題型1單縫衍射】 【題型2單縫衍射與雙縫干涉的綜合】 【題型3小孔衍射】 【題型4泊松亮斑】 【題型5金屬絲衍射】 【題型6光的衍射與生活】 【題型7綜合問題】 【題型1單縫衍射】【例1】中國女科學(xué)家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素而獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，屠呦呦也成為首位獲得該獎的中國人在研究青蒿素的化學(xué)結(jié)構(gòu)時，研究人員用比可見光波長更短的X射線照射最終確定了其化學(xué)結(jié)構(gòu)。在做單縫衍射實驗時，下列說法不正確的是（）A．將入射光由可見光換成X射線，衍射條紋間距變窄B．換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬C．衍射條紋中央條紋最寬D．用白光照射單縫時，屏上不會出現(xiàn)彩色條紋答案：D【變式1-1】(多選)如圖(a)所示為單縫衍射示意圖，如圖(b)所示為甲、乙兩束單色光分別通過同一裝置形成的單縫衍射圖樣，下列說法正確的是()A．在同種均勻介質(zhì)中，甲光的波長較長B．在同種均勻介質(zhì)中，甲光的傳播速度較大C．用同一裝置做雙縫干涉實驗時，在同一光屏上乙光的亮條紋總數(shù)更多D．當(dāng)兩束單色光從某種介質(zhì)以相同入射角射向空氣時，有可能乙光不發(fā)生全反射而甲光發(fā)生全反射解析：選ABC經(jīng)過同一單縫，波長越長的光產(chǎn)生的衍射圖樣中央亮紋越寬，條紋間隔越大，由題圖(b)可知，甲光的中央亮紋寬，則甲光的波長較長，故A正確；依據(jù)f＝eq\f(c,λ)可知，甲光的頻率較小，則甲光的折射率較小，根據(jù)v＝eq\f(c,n)知，在同種均勻介質(zhì)中，甲光的傳播速度比乙光的大，故B正確；由Δx＝eq\f(L,d)λ可知，甲光的干涉條紋間距大，則在同一光屏上甲光的亮條紋的總數(shù)少，乙光的亮條紋總數(shù)更多，故C正確；由sinC＝eq\f(1,n)可知，甲光發(fā)生的全反射臨界角較大，相比乙而言，不容易發(fā)生全反射，故D錯誤?！咀兪?-2】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(qiáng)D．以上現(xiàn)象都不會發(fā)生答案：A【變式1-3】在觀察光的衍射現(xiàn)象的實驗中，通過緊靠眼睛的卡尺測腳形成的狹縫，觀看遠(yuǎn)處的線狀白熾燈絲（燈管或燈絲都要平行于狹縫），可以看到（）A．黑白相間的直條紋 B．黑白相間的弧形條紋C．彩色的直條紋 D．彩色弧形條紋答案：C【題型2單縫衍射與雙縫干涉的綜合】【例2】如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍(lán)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(黑色部分表示亮條紋)。在下面的4幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是()A．紅黃藍(lán)紫 B．紅紫藍(lán)黃C．藍(lán)紫紅黃 D．藍(lán)黃紅紫解析：選B雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬、最亮之外，兩側(cè)條紋亮度、寬度都逐漸減小，因此1、3為雙縫干涉條紋，2、4為單縫衍射條紋。雙縫干涉條紋的寬度(即相鄰亮、暗條紋間距)Δx＝eq\f(l,d)λ，紅光波長比藍(lán)光波長長，則紅光干涉條紋間距大于藍(lán)光干涉條紋間距，即1、3分別對應(yīng)于紅光和藍(lán)光。而在單縫衍射中，當(dāng)單縫寬度一定時，波長越長，衍射越明顯，即中央條紋越寬越亮，2、4分別對應(yīng)于紫光和黃光。綜上所述，1、2、3、4四個圖中亮條紋的顏色依次是：紅、紫、藍(lán)、黃，B正確?！咀兪?-1】在雙縫干涉實驗中，屏上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，則下列說法正確的是()A．中間條紋間距較兩側(cè)更寬B．不同色光形成的條紋完全重合C．雙縫間距離越大條紋間距離也越大D．遮住一條縫后屏上仍有明暗相間的條紋解析：選D據(jù)干涉圖樣的特征可知，干涉條紋特征是等間距、彼此平行，A錯誤；不同色光干涉條紋分布位置不相同，B錯誤；據(jù)公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，雙縫間距d越大，干涉條紋間距離越小，C錯誤；遮住一條縫后，變成了單縫衍射，光的衍射也有衍射條紋，D正確。【變式2-2】(多選)關(guān)于衍射，下列說法正確的是()A．光的衍射現(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．一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實解析：選AB光的衍射圖樣是光波的疊加現(xiàn)象，雙縫干涉中光通過三個狹縫時均發(fā)生衍射現(xiàn)象，一般來說既有干涉又有衍射，A、B正確。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)于波長的條件，C、D錯誤?！咀兪?-3】利用圖1所示的裝置(示意圖)，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣.下列關(guān)于P處放置的光學(xué)元件說法正確的是()圖1圖2A.甲對應(yīng)單縫，乙對應(yīng)雙縫B.甲對應(yīng)雙縫，乙對應(yīng)單縫C.都是單縫，甲對應(yīng)的縫寬較大D.都是雙縫，甲對應(yīng)的雙縫間距較大答案A解析由題圖中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，A項正確，B、C、D項錯誤.【題型3小孔衍射】【例3】讓太陽光垂直照射一塊遮光板，板上有一個可以自由收縮的三角形孔，當(dāng)此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時，在孔后的屏上將先后出現(xiàn)()A．由大變小的三角形光斑，直至光斑消失B．由大變小的三角形光斑、明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失C．由大變小的三角形光斑，明暗相間的條紋，直至黑白色條紋消失D．由大變小的三角形光斑、圓形光斑、明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失答案D解析當(dāng)孔足夠大時，由于光的直線傳播，所以屏上首先出現(xiàn)的是三角形光斑，之后隨著孔的繼續(xù)縮小，出現(xiàn)小孔成像，成的是太陽的像，故為小圓形光斑，隨著孔的進(jìn)一步縮小，當(dāng)尺寸與光波波長相當(dāng)時，出現(xiàn)明暗相間的衍射條紋，最后隨孔的閉合而全部消失，所以只有D正確．【變式3-1】(多選)下列所示的圖片、示意圖大都來源于課本，關(guān)于這些圖的判斷中，準(zhǔn)確無誤的是()A．甲圖是小孔衍射的圖樣，乙圖為“泊松亮斑”B．甲圖為“泊松亮斑”，乙圖是小孔衍射的圖樣C．丙圖是雙縫干涉圖樣，丁圖是單縫衍射圖樣D．丙圖是單縫衍射圖樣，丁圖是雙縫干涉圖樣解析：選AC“泊松亮斑”是“小圓盤”產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象，形成的衍射圖樣是陰影中心有一個“亮斑”，而小孔衍射的圖樣是中間有“亮斑”，無陰影，A正確，B錯誤；丙圖很明顯是雙縫干涉的圖樣，因干涉圖樣中的條紋間距是相等的，單縫衍射圖樣中的條紋間距是不相等的，中間最寬、最亮，丁圖是單縫衍射圖樣，C正確，D錯誤?！咀兪?-2】在一次觀察光衍射的實驗中，觀察到如圖所示的清晰的明暗相間圖樣（黑線為暗紋），那么障礙物應(yīng)是（）A．很小的不透明的圓盤B．很大的中間有大圓孔的不透明的圓盤C．很大的不透明圓盤D．很大的中間有小圓孔的不透明的圓盤答案：D【變式3-3】在一個小電燈和光屏之間，放一個帶圓孔的遮光板，在圓孔直徑從1cm左右逐漸變小直到閉合的整個過程中，在屏上依次可看到_____、_____、_____、_____幾種現(xiàn)象。（選擇下列現(xiàn)象，將序號填入空中）①完全黑暗

②小孔成像

③衍射光環(huán)

④圓形亮斑答案：④

②

③

①【題型4泊松亮斑】【例4】如圖所示，當(dāng)用激光照射直徑小于激光束的不透明圓盤時，在圓盤后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個亮斑．這是光的________(填“干涉”“衍射”或“直線傳播”)現(xiàn)象，這一實驗支持了光的________(填“波動說”“微粒說”或“光子說”)．答案衍射波動說解析圓盤后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個亮斑，一定不是光的直線傳播現(xiàn)象造成的，是光在傳播過程中繞過障礙物形成的現(xiàn)象，屬于光的衍射，衍射是波的特性，所以這一實驗支持了光的波動說．【變式4-1】（多選）關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）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紅暗相間的直條紋C．光照到不透明小圓盤上，其影中心出現(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，不存在光的衍射現(xiàn)象答案：AC【變式4-2】一束激光照在一個很小的圓盤上，在屏上觀察到如圖所示的圖樣，在影的中心有一個亮斑，這就是著名的“泊松亮斑”．下列說法正確的是（）A．圓盤中心有個小孔，這是光的衍射現(xiàn)象B．圓盤中心是不透光的，這是光的衍射現(xiàn)象C．圓盤中心有個小孔，這是光的干涉現(xiàn)象D．圓盤中心是不透光的，這是光的干涉現(xiàn)象答案：B【變式4-3】關(guān)于下列四幅圖所涉及的光學(xué)知識中，說法正確的是（）A．圖甲檢查工件的平整度利用光的衍射現(xiàn)象B．圖乙醫(yī)用內(nèi)窺鏡利用光的干涉現(xiàn)象C．圖丙在坦克內(nèi)壁上開孔安裝玻璃利用光的折射現(xiàn)象擴(kuò)大視野D．圖丁泊松亮斑是由于光的偏振現(xiàn)象產(chǎn)生的答案：C【題型5金屬絲衍射與多縫、多孔衍射】【例5】(多選)抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同．觀察光束經(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化，下列敘述中正確的是()A．這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象B．這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)答案AD解析由于是激光束越過細(xì)絲即繞過障礙物，所以是光的衍射現(xiàn)象，當(dāng)抽制的絲變細(xì)的時候，絲的直徑較接近激光的波長，條紋間距就大，A、D對．【變式5-1】抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲時可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，觀察激光束經(jīng)過細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細(xì)絲粗細(xì)的變化（）A．這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象B．這里應(yīng)用的是光的直線傳播性C．這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗答案：A【變式5-2】（多選）下列說法正確的是（）A．增加光柵的狹縫的個數(shù)，亮條紋變窄B．增加光柵的狹縫的個數(shù)，亮條紋變寬C．增加光柵的狹縫的個數(shù)，條紋亮度變暗D．增加光柵的狹縫的個數(shù)，條紋亮度變亮答案：AD【變式5-3】分析以下現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：（1）通過盛水的玻璃杯，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，可看到彩色光；?）隔著帳?？催h(yuǎn)處的燈，見到燈周圍輻射彩色的光芒；（3）光線照在花布上，可以看見花布上的圖樣。答案：(1)白光通過盛水的玻璃杯發(fā)生折射，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，各色光分離較大，可看到彩色光。(2)遠(yuǎn)處燈發(fā)出的光經(jīng)過帳幔的縫隙，產(chǎn)生衍射，因此可見到燈周圍輻射彩色的光芒。(3)光線照在花布上看見花布的圖樣，是由于光的反射與吸收的結(jié)果?；ú际怯筛鞣N顏色的花紋組成的，當(dāng)白光照在花布上時，紅色花紋反射紅色光，吸收其他顏色的光，這樣我們在該位置只看到紅色，同理可以看到各種花紋反射的各種顏色的光，這樣就可以看到花布的圖樣。【題型6光的衍射與生活】【例6】2021年央視春晚首次采用5G信號“云”傳播方式，使“云”觀眾、“云”演員和春晚互動起來。5G是“第五代移動通信技術(shù)”的簡稱。5G信號一般采用頻段的無線電波，而現(xiàn)行第四代移動通信技術(shù)4G的頻段范圍是，則在真空中5G信號的波長一定______（填“大于”“小于”或“等于”）4G，空間傳播的5G信號和4G信號______（填“能”或“不能”）產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，5G信號在傳輸過程中更______（填“容易”或“難”）繞過障礙物。答案：

小于

不能

難【變式6-1】(多選)霧霾天氣嚴(yán)重影響人們的身體健康，霧霾天氣時能見度只有幾米，天氣變黃變暗，這是由于這種情況下()A.只有波長較短的一部分光才能到達(dá)地面B.只有波長較長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BD解析根據(jù)光發(fā)生明顯衍射的條件，霧霾天氣時，只有波長較長、頻率較小的一部分光發(fā)生衍射繞過空氣中的顆粒物到達(dá)地面，選項A、C錯誤，B、D正確.【變式6-2】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．通過一個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)彩色條紋答案B解析彩虹是光的色散現(xiàn)象，海市蜃樓是光的折射、全反射現(xiàn)象，肥皂膜上出現(xiàn)彩色條紋是薄膜干涉現(xiàn)象，A、C、D錯誤．通過狹縫觀察日光燈看到彩色條紋是單縫衍射現(xiàn)象，B正確．【變式6-3】點光源照在一個剃須刀片上，在屏上形成了它的影子，其邊緣較為模糊，原因是（）A．光的反射

B．光強(qiáng)太小

C．光的干涉，通過剃須刀片中央的孔直進(jìn)

D．光的衍射答案：D【題型7綜合問題】【例7】(多選)由a、b兩種單色光構(gòu)成的復(fù)色光束從水中斜射入空氣中的光路圖如圖所示，關(guān)于a、b兩種單色光，下列說法正確的是()A.從同種介質(zhì)中斜射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角小于b光的臨界角B.在同種介質(zhì)中傳播，a光傳播速度大于b光傳播速度C.相同條件的雙縫干涉實驗中，a光的相鄰亮條紋間距比b光的相鄰亮條紋間距小D.通過同一狹縫，a光的衍射現(xiàn)象比b光的衍射現(xiàn)象更明顯答案BD解析由題圖可知b光的折射程度較大，可知水對b光的折射率較大，根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)可知，從同種介質(zhì)中斜射入空氣發(fā)生全反射時，b光的臨界角小于a光的臨界角，選項A錯誤；根據(jù)v＝eq\f(c,n)可知，在同種介質(zhì)中傳播，a光傳播速度大于b光傳播速度，選項B正確；b光的折射率較大，則b光波長較短，根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ可知，相同條件的雙縫干涉實驗中，b光的相鄰亮條紋間距比a光的相鄰亮條紋間距小，選項C錯誤；b光波長較短，則通過同一狹縫，a光的衍射現(xiàn)象比b光的衍射現(xiàn)象更明顯，選項D正確.【變式7-1】以下說法中正確的有()A．陽光下肥皂膜上的彩色條紋屬于光的衍射現(xiàn)象B．太陽光通過三棱鏡產(chǎn)生的彩色條紋是由于折射造成的C．一束光由介質(zhì)斜射向空氣，界面上可能只發(fā)生反射現(xiàn)象而沒有折射現(xiàn)象D．水面油膜呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象，這說明了光是一種波E．“未見其人先聞其聲”說明聲波有衍射現(xiàn)象而光波沒有