5.光的衍射
课后训练巩固提升
1.对于光的衍射现象的分析,下列说法错误的是( )
A.只有障碍物或孔的尺寸足够小的时候,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
答案:C
解析:根据产生明显的衍射现象条件可知,A正确;光的衍射现象是光波叠加的结果,B正确;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,C错误;光的干涉现象和衍射现象说明了光具有波动性,D正确。
2.(多选)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红暗相间的直条纹
B.白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
C.光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑,说明光发生了衍射
D.光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿直线传播,不存在光的衍射
答案:AC
解析:单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹,白光的衍射图样是彩色条纹。光照到不透明小圆盘上,在其阴影处出现光点,是衍射现象。光的衍射现象只有明显与不明显之分,选项D中屏上大光斑只是衍射现象不明显,不能认为不存在衍射现象。
3.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( )
答案:A
解析:光的双缝干涉条纹是等间距等宽度的明暗相间的条纹,而在光的单缝衍射图样中,中间是宽度最大最亮的亮条纹,在中央亮条纹两边的亮条纹宽度越来越小,亮度也越来越低,故选项A正确。
4.(多选)用游标卡尺观察光的衍射现象时,下列说法正确的是( )
A.游标卡尺形成的狭缝应平行于日光灯,且狭缝远离日光灯,人眼也远离狭缝进行观察
B.游标卡尺狭缝平行于日光灯观察时,可观察到中央为白色条纹,两侧为彩色条纹,且彩色条纹平行于日光灯
C.狭缝宽度由0.5 mm缩小到0.2 mm,条纹间距变宽,亮度变暗
D.狭缝宽度由0.5 mm扩展到0.8 mm,条纹间距变宽,亮度变暗
答案:BC
解析:当游标卡尺狭缝平行于日光灯,狭缝远离日光灯时,眼睛应靠近狭缝进行观察,观察到平行于日光灯的彩色条纹,且中央为白色条纹,A错误,B正确;狭缝越小,衍射现象越明显,即条纹间距变宽,但亮度变暗,C正确,D错误。
5.(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细,如图所示。激光束通过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同,下列说法正确的是( )
A.这利用了光的干涉现象
B.这利用了光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了
D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细了
答案:BD
解析:由题图图样可知,这是利用了光的衍射现象,当丝变细时(相当于狭缝变窄)条纹间距变宽,B、D选项正确。
6.在一次观察光衍射的实验中,观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样(白色为亮纹),那么障碍物应是( )
A.很小的不透明的圆板
B.很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C.很大的不透明的圆板
D.很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
答案:D
解析:由题图可知中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着明暗相间的同心圆环,且越向外,圆形条纹宽度越小,可判断此图样为圆孔衍射图样,故选项D正确。
7.如图所示,a表示单缝,b表示双缝,用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝,在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示亮条纹),下列说法正确的是( )
A.图c表示单缝衍射条纹,图d表示双缝干涉条纹
B.单缝S越宽,越容易观察到对应的明暗条纹
C.双缝间距离越小,对应条纹间距越大
D.照射双缝的单色光波长越短,对应条纹间距越大
答案:C
解析:根据单缝衍射条纹间距不等,而双缝干涉条纹间距相等,则有题图c表示双缝干涉条纹,题图d表示单缝衍射条纹,故A错误;根据发生明显衍射现象的条件可知,单缝S越窄,越容易观察到对应的明暗条纹,故B错误;在双缝干涉中,干涉条纹的间距Δx=λ,由公式可得,条纹间距与波长λ、双缝与屏之间的距离l成正比,与双缝间的距离d成反比,故C正确,D错误。(共29张PPT)
5.光的衍射
第四章
2022
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
04
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.知道光的衍射现象和几种衍射现象的图样。
2.理解光产生明显衍射的条件。
3.了解衍射光栅及其图样特点。
4.能区分干涉条纹和衍射条纹。
1.理解光的衍射现象及产生明显衍射的条件,形成物理观念。
2.通过分析干涉条纹和衍射条纹的图样特点,培养科学思维能力。
自主预习 新知导学
一、光的衍射
1.用单色平行光照射狭缝,当缝很窄时,光没有沿直线传播,它绕过了缝的边缘,传播到了相当宽的地方,这就是光的衍射现象。
2.各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓模糊不清,出现明暗相间的条纹。
3.发生明显衍射现象的条件:在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候,衍射现象十分明显。
二、衍射光栅
1.构成:由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
2.特点:增加狭缝的个数,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)只有波长长的光才发生明显的衍射现象。( )
(2)红光的单缝衍射图样是明暗相间的直条纹。( )
(3)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的。( )
(4)用两支圆柱形铅笔并在一起,形成一个狭缝,使狭缝平行于日光灯,会看到彩色的衍射条纹。( )
2.白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点
提示:都是中央为白色条纹,两侧为彩色条纹。
×
√
×
√
3.光遇到小孔、单缝或障碍物时,衍射现象可能发生,也可能不发生,这种说法对吗
提示:不对。光遇到小孔、单缝或障碍物时,衍射现象只有明显与不明显之分,无发生与不发生之别。
4.用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔,用眼睛通过小孔观察太阳光,会观察到什么现象
提示:会观察到中央为亮圆,周围为彩色的圆环。
合作探究 释疑解惑
知识点一
光的衍射
【问题引领】
让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上,逐渐减小两个卡脚之间的距离,使缝越来越小,观察照在屏幕上光斑的变化。缝宽大约多大时屏幕上出现条纹 缝间距变小时,条纹有什么变化
提示:大约0.4 mm时会出现条纹。当缝间距变小时,屏幕上条纹间距逐渐变宽,但亮度逐渐减弱。
【归纳提升】
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,中央为亮条纹。中央条纹最宽最亮,两侧的亮纹逐渐变暗变窄;白光通过狭缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹。
(2)同一单色光(如红光)通过狭缝时,单缝窄的中央条纹宽,各条纹间距大。
2.圆孔衍射
(1)光通过小孔(孔足够小)时,在光屏上出现中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着明暗相间的同心圆环,如图甲所示。
(2)若在单色光(如激光)传播途中放一个足够小的圆形障碍物,会发现在影的中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑,衍射图样如图乙所示。
【典型例题】
【例题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
答案:A
解析:由单缝衍射实验的调整与观察可知,狭缝宽度越小,衍射现象越明显,衍射条纹越宽,条纹间距也越大,将缝调宽,现象向相反方向变化,故选项A正确。
科学思维 狭缝宽度越小,光衍射现象越明显,衍射条纹越宽,但因通过狭缝的光的能量减小,衍射条纹亮度减弱,因此,观察衍射现象时,并不是狭缝越窄越好。
【变式训练1】 (多选)在单缝衍射实验中,下列说法正确的是( )
A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄
B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄
C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽
D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽
答案:ACD
解析:当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越大;光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽,故选项A、C、D正确。
【问题引领】
知识点二
光的干涉和衍射的比较
如图甲、乙所示,是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样。 为单缝衍射的图样, 为双缝干涉的图样。
提示:甲 乙
【归纳提升】
1.衍射与干涉的比较
比较项 单缝衍射 双缝干涉
不同点 条纹宽度 条纹宽度不等,中央最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
亮度情况 中央条纹最亮,两边变暗 条纹清晰,亮度基本相等
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹
2.干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,从本质上讲,衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。在衍射现象中,可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。
【典型例题】
【例题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
答案:A
解析:干涉条纹是等间距的条纹,因此题图a、b是干涉图样,题图c、d是衍射图样,故A项正确,B项错误;由公式Δx= λ可知,条纹宽的入射光的波长长,所以题图a图样的光的波长比题图b图样的光的波长长,故C项错误;图c的衍射现象比图d的衍射现象更明显,因此题图c图样的光的波长比题图d图样的光的波长长,故D项错误。
科学思维 本题考查了单缝衍射和干涉图样的特点,考查分辨能力和综合分析能力,这是对基于事实构建的物理模型的应用过程,体现了“科学思维”的学科素养。
【变式训练2】 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,现将其中一条窄缝挡住,让这束红光只通过一条窄缝,则在光屏上可以看到( )
A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是明条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央明条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的明条纹
D.无条纹,只存在一片红光
答案:B
解析:双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样不同。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现明条纹,但衍射图样中央明条纹较宽,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,且亮度迅速减弱,所以选项B正确。
课堂小结
随堂练习
1.(衍射光栅)关于衍射光栅,下列说法错误的是( )
A.衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的
B.衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类
C.透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝
D.透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝
答案:C
解析:对于透射光栅来说,当光照到刻痕上时,由于光发生漫反射而不能透过,故选项C错误,A、B、D正确。
2.(单缝衍射与双缝干涉)(多选)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.双缝干涉中也存在着光的衍射现象
C.一切波都很容易发生明显的衍射现象
D.影子的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
答案:AB
解析:干涉和衍射都是光波叠加的结果,干涉中有衍射现象,衍射中也有干涉现象。当障碍物的尺寸很大时,衍射现象不明显,因而形成影子,但影子的形成与衍射现象并不矛盾。
3.(衍射图样)某同学使用激光器做光源,在不透光的挡板上开一条宽度为0.05 mm的窄缝,进行光的衍射实验,如图所示,则他在光屏上看到的条纹是
( )
答案:B
解析:单缝衍射条纹中间宽,两侧越来越窄,又由于单缝是水平的,故衍射条纹也是水平的,B对。
4.(光的衍射)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,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
答案:A
解析:当三角形孔较大时,屏上出现一个三角形光斑,如图甲所示,随着三角形缓慢地收缩,光斑逐渐变小;当三角形孔小到一定程度时,屏上会出现倒立的烛焰,如图乙所示;继续使三角形孔缓慢收缩,可以观察到小孔衍射图样;当孔闭合时,屏上就会一片黑暗,故选项A正确。
本 课 结 束
