第5節(jié)　光的衍射 教學(xué)設(shè)計(jì)

第5節(jié)光的衍射[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道光的衍射現(xiàn)象，知道幾種衍射現(xiàn)象的圖樣．2．理解光產(chǎn)生明顯衍射的條件．(重點(diǎn))3．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(lèi)．知識(shí)點(diǎn)1光的衍射1．定義：光繞過(guò)障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象．2．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸接近光的波長(zhǎng)或比光的波長(zhǎng)還小．3．單縫衍射的條紋特點(diǎn)(1)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．(2)狹縫越窄，中央亮條紋越暗．4．圓盤(pán)衍射(泊松亮斑)(1)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．(2)衍射圖樣的特點(diǎn)：圓形陰影中心有一亮斑，與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別．[判一判](1)光的衍射說(shuō)明光不能沿直線傳播．()(2)陽(yáng)光下茂密的樹(shù)蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的．()(3)隔著帳?？催h(yuǎn)處的燈，見(jiàn)到燈周?chē)椛洳噬墓饷?，是光的干涉現(xiàn)象．()(4)白光通過(guò)盛水的玻璃杯，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，可看到彩色光，是光的衍射現(xiàn)象．()(5)衍射現(xiàn)象中也有干涉的成分．()提示：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√[想一想]衍射和干涉條紋都是明暗相間的，兩種條紋是否完全一樣？提示：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．知識(shí)點(diǎn)2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)形成的光學(xué)元件．狹縫的個(gè)數(shù)越多，衍射條紋的寬度越窄，亮度越亮．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(lèi)反射光柵和透射光柵．1．(光明顯衍射的條件)(多選)沙塵暴是由土地的沙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)地面解析：選BD.據(jù)光明顯衍射的條件，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＝eq\f(c,f)知，到達(dá)地面的光是頻率較小的部分．2．(光的衍射)下列現(xiàn)象中屬于光的衍射現(xiàn)象的是()A．雨后天空美麗的彩虹B．陽(yáng)光下肥皂膜的彩色條紋C．光通過(guò)三棱鏡產(chǎn)生的彩色條紋D．對(duì)著日光燈從狹縫中看到的彩色條紋解析：選D.雨后天空出現(xiàn)美麗的彩虹，這是太陽(yáng)光通過(guò)懸浮在空氣中細(xì)小的水珠折射而成的，白光經(jīng)水珠折射以后，分成各種彩色光，這種現(xiàn)象叫作光的色散現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；日光照射在肥皂泡上出現(xiàn)彩色條紋屬于光的干涉，故B錯(cuò)誤；一束白光通過(guò)三棱鏡形成彩色光帶屬于光的折射現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；通過(guò)一個(gè)狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋，屬于單縫衍射，故D正確．3．(單縫衍射)(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)分布圖如圖丙所示解析：選AD.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．若做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖如圖乙所示，故A正確，B錯(cuò)誤；若做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí)，光強(qiáng)分布圖如圖丙所示，故C錯(cuò)誤，D正確．4．(物理光學(xué)綜合問(wèn)題)(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，這是由光的衍射造成的C．障礙物的尺寸比光的波長(zhǎng)大得多時(shí)，一定不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象D．人們瞇起眼睛看燈絲時(shí)看到的彩色條紋是光的單縫衍射圖樣解析：選AD.光纖通信是利用了光的全反射原理制成的，故A正確；水面上的油膜在陽(yáng)光照射下會(huì)呈現(xiàn)彩色，這是由油膜的上下表面反射的光相遇后疊加形成的，屬于光的干涉，故B錯(cuò)誤；障礙物的尺寸比光的波長(zhǎng)大得多時(shí)，也會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，只不過(guò)不明顯，故C錯(cuò)誤；人們瞇起眼睛看燈絲時(shí)看到的彩色條紋是光的衍射圖樣，故D正確．探究一對(duì)光的衍射現(xiàn)象的理解【問(wèn)題導(dǎo)引】如圖所示，是用光射到一個(gè)不透光的小圓形障礙物上形成的影，影的中心有一個(gè)圓形的亮斑，你知道這是怎樣形成的嗎？提示：光的衍射1．光的衍射(1)產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多．(2)光是一種波光的干涉現(xiàn)象表明光是一種波，由于衍射是波的特點(diǎn)，則光能夠發(fā)生衍射，因此，光能夠繞過(guò)障礙物或通過(guò)小孔進(jìn)入幾何陰影區(qū)而傳播，即發(fā)生衍射現(xiàn)象．(3)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是4.0×10－7～7.6×10－7m，由發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，光的衍射現(xiàn)象不易觀察．2．兩種不同的衍射現(xiàn)象(1)單縫衍射①單色光的單縫衍射圖樣是明暗相間、亮度越來(lái)越暗且不等距的條紋，中央是亮紋，亮度大，寬度也大；波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋間距越大，中央亮紋越寬；②白光的單縫衍射圖樣中央是白色亮紋，兩邊是彩色條紋，其中最靠近中央亮紋的色光是紫光，最遠(yuǎn)離中央亮紋的色光的是紅光．(2)泊松亮斑——障礙物的衍射現(xiàn)象各種不同形狀的障礙物也能使光發(fā)生衍射，使影的輪廓模糊不清．若在單色光傳播途中，放一個(gè)較小的圓形障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑．【例1】(多選)抽制細(xì)絲時(shí)可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，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時(shí)產(chǎn)生的條紋相同，則下列描述正確的是()A．這是利用光的干涉現(xiàn)象B．這是利用光的衍射現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗了D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)了[解析]題述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件，故B正確；由衍射產(chǎn)生的條件可知：絲越細(xì)衍射現(xiàn)象越明顯，故D也正確．[答案]BD[針對(duì)訓(xùn)練1](多選)對(duì)于光的衍射現(xiàn)象的定性分析，下列說(shuō)法正確的是()A．只有障礙物或孔的尺寸跟光的波長(zhǎng)差不多甚至比波長(zhǎng)還要小的時(shí)候，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象B．光的衍射現(xiàn)象是光波相互疊加的結(jié)果C．光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播的結(jié)論D．光的衍射現(xiàn)象說(shuō)明了光具有波動(dòng)性解析：選ABD.光的衍射現(xiàn)象說(shuō)明了光具有波動(dòng)性，而小孔成像說(shuō)明了光沿直線傳播，要出現(xiàn)小孔成像，孔不能太小，光的直線傳播規(guī)律只是近似的(只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小的情況下，光才可以看成是沿直線傳播的)，所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的，它們是在不同條件下出現(xiàn)的兩種現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤，A、B、D正確．探究二單縫衍射與雙縫干涉的比較【問(wèn)題導(dǎo)引】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，哪些屬于光的單縫衍射圖樣？哪些屬于光的干涉圖樣？提示：?jiǎn)慰p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是干涉圖樣，b、d是單縫衍射圖樣，c是水波的衍射圖樣．單縫衍射與雙縫干涉的比較名稱(chēng)項(xiàng)目單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)產(chǎn)生條件障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多頻率、振動(dòng)方向相同，相位差恒定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，越靠外條紋間距越小各相鄰條紋等間距亮度中間條紋最亮，兩邊變暗清晰條紋，亮度基本相同相同點(diǎn)成因干涉、衍射都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時(shí)加強(qiáng)或者削弱的結(jié)果意義干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波特別提醒：(1)單縫衍射可以理解為若干個(gè)光源的干涉，從而理解條紋相間排列．(2)光波的波長(zhǎng)增大，衍射條紋、干涉條紋的寬度都變大．(3)復(fù)色光的衍射或干涉圖樣，可認(rèn)為是各單色光單獨(dú)衍射或干涉所成圖樣的疊加．【例2】(多選)圖(a)是做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(lán)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(lán)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(lán)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(lán)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(lán)色條紋[解析](b)圖中的條紋為等間距明暗相間條紋，是干涉圖樣；(c)圖為中間最寬且不等間距明暗相間條紋，是衍射條紋．操作1是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，故條紋間距相等，光屏上出現(xiàn)(b)圖案，由圖案知甲的波長(zhǎng)大于乙的波長(zhǎng)，故甲為紅色條紋，乙是藍(lán)色條紋，操作2是單縫衍射，條紋間距不相等，光屏上為(c)圖案，再結(jié)合波長(zhǎng)關(guān)系可知丙是紅色條紋，丁是藍(lán)色條紋，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤．[答案]AD[針對(duì)訓(xùn)練2]關(guān)于甲、乙、丙三個(gè)光學(xué)現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是()甲：激光束通過(guò)雙縫產(chǎn)生明暗條紋乙：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)劈尖空氣薄膜產(chǎn)生明暗條紋丙：激光束通過(guò)細(xì)絲產(chǎn)生明暗條紋A．三個(gè)現(xiàn)象中產(chǎn)生的明暗條紋均為干涉條紋B．甲中，雙縫的間距越大，條紋間距越小C．乙中，若被檢查平面上有個(gè)凹陷，此處對(duì)應(yīng)條紋會(huì)向右凸出D．丙中，如果屏上條紋變窄，表明抽制的絲變細(xì)了解析：選B.丙為衍射條紋，故A錯(cuò)誤；根據(jù)單色光雙縫干涉間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ知雙縫的間距越大，條紋間距越小，故B正確；乙中，若被檢查平面上有個(gè)凹陷，則此處光程差變大，會(huì)提前出現(xiàn)亮條紋，所以條紋會(huì)向夾角處彎曲，即此處對(duì)應(yīng)條紋會(huì)向左凸出，故C錯(cuò)誤；衍射條紋的寬窄與狹縫的寬窄有關(guān)，狹縫越窄，條紋越寬，即如果屏上條紋變窄，表明抽制的絲變粗了，故D錯(cuò)誤．(建議用時(shí)：20分鐘)[基礎(chǔ)鞏固練]1．如圖所示的四個(gè)圖形中哪個(gè)是著名的泊松亮斑的衍射圖樣()解析：選B.由泊松亮斑衍射圖樣特點(diǎn)可知B正確．2．(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說(shuō)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(pán)上出現(xiàn)泊松亮斑，說(shuō)明發(fā)生了衍射D．光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說(shuō)明光沿著直線傳播，不存在光的衍射解析：選AC.紅光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是紅暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋，光照到不透明小圓盤(pán)上，在其陰影中心處出現(xiàn)亮點(diǎn)，是衍射現(xiàn)象，光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，D中大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象．3．觀察單縫衍射現(xiàn)象時(shí)，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(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.由單縫衍射實(shí)驗(yàn)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(cuò)誤．4．在觀察光的衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)緊靠眼睛的卡尺測(cè)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．彩色弧形條紋解析：選C.白熾燈發(fā)出的是復(fù)色光，其中各種色光的波長(zhǎng)不同，產(chǎn)生的衍射條紋間距不同，各單色光相互疊加，形成彩色直條紋．5．(多選)下列現(xiàn)象中，屬于光的衍射現(xiàn)象的是()A．點(diǎn)光源照射一個(gè)障礙物時(shí)，在后面屏上所成的陰影的邊緣模糊不清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D．光導(dǎo)纖維解析：選AB.A、B為光的衍射現(xiàn)象；C海市蜃樓為光的折射和全反射現(xiàn)象；D為光的全反射現(xiàn)象．[綜合提升練]6．(多選)關(guān)于衍射，下列說(shuō)法正確的是()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．一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(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AB.衍射圖樣是復(fù)雜的光波的疊加現(xiàn)象，雙縫干涉中光通過(guò)兩個(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接近波長(zhǎng)．7．(多選)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是()A．將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋間距變窄B．使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C．換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，衍射條紋間距變寬D．增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬解析：選ACD.當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯，即偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)，條紋間距也越大；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋間距越大；光的波長(zhǎng)一定、單縫寬度也一定時(shí)，若增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會(huì)變寬，故A、C、D正確．8.某同學(xué)自己動(dòng)手制作如圖所示的裝置觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單