高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第3节 光的衍射公开课课件ppt

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一、衍射现象1.定义光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射。2.分类(1)圆孔衍射:图样为明暗相间的圆环。(2)单缝衍射:(单色光)图样为明暗相间的条纹,中央条纹最宽。(3)边缘衍射:图样为明暗相间的条纹。(4)泊松亮斑:影的中心有亮斑。
3.光的明显衍射的条件只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长时,衍射才是明显的。
二、衍射对分辨本领的影响1.光学仪器的分辨本领:是指将两个相互靠近的物体的像分离开来的能力。当一个物体的像的中心刚好落在另一个物体像的边缘时,这两个像刚好能被分辨。2.光学显微镜和望远镜等光学仪器的分辨本领:(1)其透镜相当于小圆孔,透镜直径越小,产生的衍射现象越明显,分辨本领就越低。(2)增大放大率不能提高分辨率。
三、衍射光栅1.定义在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线,或者在玻璃片上刻上许多均匀的细槽。因为它有类似栅栏的形状,所以被称为衍射光栅。衍射光栅可分为透射光栅和反射光栅。2.图样的特点(1)在接收屏上得到的光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。(2)光栅衍射的亮条纹的宽度比单缝衍射时窄得多。
3.应用(1)科学实验和技术应用中的重要光学器件。(2)制作光谱仪中的分光器:复色光经过光栅后会彼此分开。
1.关于衍射,下列说法正确的是(　　)A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B.只有光能够发生衍射现象C.一切波都很容易发生明显的衍射现象D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实解析 衍射图样是复杂的光波的叠加现象,一切波(包括机械波)都能发生衍射,但要发生明显的衍射,需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件,故A正确、B、C、D错误。
2.点光源照在一个剃须刀片上,在屏上形成了它的影子,其边缘较为模糊,原因是(　　)A.光的反射B.光强太小C.光的干涉D.光的衍射解析 在剃须刀片边缘有部分光绕过障碍物进入到阴影中去,从而看到影子的边缘模糊,光绕过障碍物偏离直线传播是光的衍射现象。
一单色光源发出的光经一狭缝照射到光屏上,可观察到的图像是下图中的哪一个?为什么?
要点提示 A。因为单缝衍射时,中央亮条纹最宽、最亮,两侧依次变窄、变暗,这是单缝衍射条纹的特征。
1.单缝衍射图样的特点(1)中央条纹最亮、越向两边越暗;中央条纹最宽,越靠外,条纹间距越窄。(2)缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮条纹的亮度降低。(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关。入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。(4)用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹仍然最宽、最亮。
一、三种衍射图样的比较
2.圆孔衍射(1)圆孔衍射如图所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图甲所示的情形,无明显的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射图样,出现明暗相间的圆环。
(2)圆孔衍射的图样特征①单色光的圆孔衍射图样:中央亮圆的亮度大,外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外,圆(亮)环亮度越低。②白光的圆孔衍射图样:中央亮圆为白色,周围是彩色圆环。
3.圆板衍射(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓的边缘模糊不清,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亮斑,这就是著名的泊松亮斑,如图丙所示。
(2)形成泊松亮斑时,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
例题1 对于单缝衍射现象,下列说法正确的是(　　)A.缝的宽度d越小,衍射条纹越亮B.缝的宽度d越小,衍射现象越明显C.缝的宽度d越小,光的传播路线越接近直线D.入射光的波长越短,衍射现象越明显解析 单缝宽度越小,衍射条纹的亮度越小,选项A错;入射光的波长越长,单缝宽度越小,衍射现象越明显,选项B对,选项C、D错。
在光的干涉和衍射实验中均可观察到明、暗相间的条纹,下列四幅图样中哪幅为双缝干涉图样,哪幅为单缝衍射图样?
要点提示 a为双缝干涉图样;b、d为单缝衍射图样。
二、单缝衍射和双缝干涉的比较
单缝衍射与双缝干涉的比较
例题2 关于光的干涉和衍射现象,下列说法正确的是(　　)A.光的干涉现象遵循波的叠加原理,衍射现象不遵循波的叠加原理B.白光的干涉条纹是彩色的,衍射条纹是黑白相间的C.光的干涉现象说明光具有波动性,光的衍射现象不能说明这一点D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果解析 光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象,都是光波叠加的结果,白光的干涉条纹是彩色的,白光的衍射条纹也是彩色的,只是条纹间距特点及亮度特点不同而已。
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,从中央亮纹往两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹中央亮纹最亮,两侧的亮纹逐渐变暗。
1.观察单缝衍射现象时,把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm,看到的现象是(　　)A.衍射条纹的间距逐渐变小,衍射现象逐渐不明显B.衍射条纹的间距逐渐变大,衍射现象越来越明显C.衍射条纹的间距不变,只是亮度增强D.以上现象都不会发生解析 观察衍射图样发现:狭缝的宽度逐渐变小,衍射现象越来越明显,衍射条纹间距变大。本题是缝宽增大,所以选项A正确。
2.(多选)关于光栅,下列说法正确的是(　　)A.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变窄B.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变宽C.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变暗D.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变亮
3.(多选)对于光的衍射现象的定性分析,下列说法正确的是(　 　)A.只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光波长还要小的时候,才能产生明显的衍射现象B.光的衍射现象是光波相互叠加的结果C.光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论D.光的衍射现象说明了光具有波动性
解析 光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性,而小孔成像说明光沿直线传播,而要出现小孔成像,孔不能太小,光的直线传播规律只是近似的,只有在光的波长比障碍物小很多的情况下,光才可以看成是直线传播的,所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的,它们是在不同条件下出现的两种现象,故上述选项中正确的是A、B、D。
4.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝),可以看到(　　)A.黑白相间的直条纹B.黑白相间的弧形条纹C.彩色的直条纹D.彩色弧形条纹
解析 白炽灯发出的是复色光,其中各种色光的波长不同,产生的衍射条纹间距不同,各单色光相互叠加,成为彩色直条纹。
5.一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板,在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现将其中一条缝挡住,让这束红光只通过一条缝,则在光屏上可以看到(　　)A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是亮条纹比原来暗些B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央亮条纹变宽些C.只有一条与缝宽对应的亮条纹D.无条纹,只存在一片红光
解析 本题一开始告诉我们产生了干涉现象,说明两缝都很窄,能够满足使红光发生明显衍射的条件,挡住一条缝后,在屏上得到的是单缝衍射图样。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现亮条纹,但衍射图样中央亮条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹;干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹。只有选项B正确。
6.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化,下列叙述中正确的是(　　)A.这里应用的是光的衍射现象B.这里应用的是光的干涉现象C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细
解析 当障碍物的尺寸与波的波长相当或小于波的波长,会发生明显的衍射现象,该装置的原理是应用光的衍射现象,如果屏上条纹变宽,则金属丝变细。故A、D正确,B、C错误。