人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射导学案

4.5《光的衍射》导学案

学习目标：

1．理解光的衍射现象，进一步了解光的波动性；理解衍射条纹与缝宽的关系。

2. 区分单缝衍射、小孔衍射、圆盘衍射图样；区分单缝衍射与双缝干涉条纹。

学习过程：

      机械波能够发生干涉和衍射现象，光可以发生干涉现象，证明了光的波动性。那么光可以发生衍射现象吗？

      在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝，当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。但是，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹

单缝衍射示意图

这表明，光没有________，它绕过了缝的边缘，传播到了________。这就是光的衍射现象。如图是在一次实验中拍摄的屏上亮条纹的照片，上图的狭缝较窄，衍射后在屏上产生的中央亮条纹反而较      。

单缝衍射产生的图样                      白光的单缝衍射条纹

如果用白光做上述实验，得到的条纹是彩色的（图）。这是因为白光中包含了各种颜色的光，衍射时不同色光的亮条纹的________不同，于是各种色光就区分开了。

一、光的衍射

光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了______________的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现______________的现象．

1．单缝衍射

(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为     条纹．中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．

(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹     ，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹      ，条纹间距大．

思考与讨论：为什么狭缝比较宽的时候，光的衍射现象不明显呢？

从机械波发生衍射的条件可知，障碍物(或小孔)的尺寸比波的波长小或能够与波长差不多，就可以发生衍射，红光的波长约为625~740nm，缝宽0.2mm时，二者是可以相比的，所以会发生衍射。那么其他形状的物体，只要尺寸和光的波长可以相比，也会发生衍射吗？

如果物体的尺寸与光的波长不能相比，光如何传播？

2．圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现         的圆环．如图所示．

　圆孔衍射　　　圆板衍射

3．圆板衍射(泊松亮斑)

(1)若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个    ，这就是著名的泊松亮斑．衍射图样如图所示．

(2)中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的         的圆环．

4. 在障碍物的尺寸可以跟光的波长      ，甚至比光的波长还    的时候，衍射现象十分明显．

在单缝衍射和圆孔衍射的照片中，都有一些亮条纹和暗条纹。这是由于来自单缝或圆孔上不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果。各种不同形状的障碍物都能使光发生________，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹

单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央亮条纹较远的条纹，______________。因此，无论从测量的精确度，还是从可分辨的程度上说，单缝衍射都不能达到实用要求。

实验表明，如果增加狭缝的个数，_________，_____________。它是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。

二、衍射光栅

1．定义：由许多       的狭缝         地排列起来形成的光学元件．

2．原理：增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度        ．

3．种类：       光栅和       光栅．

例题：关于光的衍射现象，下面说法正确的是(　　)

A．红光的单缝衍射图样是黑白相间的直条纹

B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹

C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射

D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射

三、单缝衍射与双缝干涉的比较

1．不同点

(1)产生条件

(2)图样

2．相同点

(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果．

(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．

3．区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法

(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄．

(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗．

例题：如图所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)

A．红黄蓝紫     B．红紫蓝黄     C．蓝紫红黄     D．蓝黄红紫

课堂训练：

1.对光的衍射现象的定性分析，不正确的是(　　)

A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象

B．衍射条纹图样是光波相互叠加的结果

C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据

D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论

2.如图所示，一束宽度为d的平行光沿水平方向传播，经过不透光的挡板后照射到竖直墙面上，过挡板上边缘的水平延长线与竖直墙面相交于O点，下列说法正确的是（　　）

A．由于光的衍射，可能会进入到O点下方的墙上

B．光只会沿直线前进，一定不会进入到O点下方的墙上

C．光的波长越长，光线进入到O点下方墙上的区域越小

D．光的能量越大，光线进入到O点下方墙上的区域越大

课后作业：

1.光照中的彩色条纹令人印象深刻，装点出了我们缤纷绚烂的童年世界。下列说法正确的是（　　）

A．肥皂泡表面能看到斑斓条纹，是发生了光的干涉

B．太阳光通过三棱镜后出现彩色条纹，是发生了光的衍射

C．通过狭缝看日光灯出现彩色条纹，是发生了光的干涉

D．夏天雨后看到的彩虹，是发生了光的衍射

2.如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是(　　)

A．a、b是光的干涉图样                 B．c、d是光的干涉图样

C．形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短

D．形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短

3.在双缝干涉实验中，如果将其中一条缝遮住，那么，在屏上看到的情况是（　　）

A．只剩下一条亮纹

B．仍有原来的干涉条纹，但亮度变暗

C．有明暗相间的条纹，但中央亮纹亮且宽，其余亮纹亮度迅速减弱

D．有明暗相间的条纹，但宽度相同，条纹变窄

4.图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有明显振动，为使A处水面也能发生明显振动，可采用的方法是

A．使波源的频率增大             B．使波源的频率减小

C．移动N使狭缝的间距增大    D．在不移动M板的情况下，不能使A处发生明显振动

5.下列说法不正确的是（　　）

A．图1为检验工件平整度的装置，利用了薄膜干涉的原理

B．图2为光照射不透明小圆板得到的衍射图样

C．图3中沙漠蜃景属于光的全反射现象，其产生的原因是沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大

D．图4的原理和照相机镜头表面加上增透膜的原理是不同的

6.做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是(　　)

A．做单缝实验时，光强分布图如乙所示

B．做单缝实验时，光强分布图如丙所示

C．做双缝实验时，光强分布图如丙所示

D．做双缝实验时，光强分布图如丙所示

7.用如图1所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图2所示，实验发现光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法中正确的是（　　）

A．这个实验用事实证明了光具有粒子性  B．圆孔变小，衍射图样的范围反而变大

C．圆孔变小，中央亮斑的亮度反而变大  D．不同波长的光对应衍射图样完全相同

8.让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，则在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)(　　)

A．三角形光斑　倒立的烛焰　明暗相间的圆环

B．三角形光斑　圆形光斑　倒立的烛焰

C．倒立的烛焰　圆形光斑　明暗相间的圆环

D．三角形光斑　明暗相间的圆环　倒立的烛焰

9.单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同．利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量．下图是实验的示意图，挡光片A固定，挡光片B放置在待测金属棒上端，A、B间形成平直的狭缝，激光通过狭缝，在光屏上形成衍射图样，温度升高，金属棒碰撞使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变化．在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数．下列说法正确的是（        ）

A．使用激光波长越短，其它实验条件不变，中央亮条纹宽度越宽

B．相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹宽度越窄

C．相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大

D．狭缝到光屏距离越大，其它实验条件相同，测得金属的线膨胀系数越大

10.某同学自己动手制作如图所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：

(1)该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现不等间距条纹，此条纹是由于______________产生的．

(2)移去A后，遮住缝S1或缝S2中的任一个，C上均出现一窄亮斑，出现以上实验结果的主要原因是____________________________________________________．

(3)若光通过缝S1或缝S2后在C上依次出现如图甲、乙、丙、丁所示条纹，说明了什么？______________________________________________.

11.某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布，某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是________(选填“单缝”或“双缝”)，当做干涉

甲　　　　　　　　乙

现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，可选用宽度较________的双缝(选填“宽”或“窄”)，或使缝屏与光屏间的距离________(选填“增大”或“减小”)．

12．如图所示，在真空中一束平行复色光被透明的三棱镜ABC（截面为正三角形）折射后分解为互相分离的a、b、c三种色光，分别照射到三块板上。则∶

(1)若将a、b、c三种色光分别通过某狭缝，则发生衍射现象最明显的是哪种色光？

(2)若OD平行于CB，三棱镜对a色光的折射率na是多少？