2021-2022人教版高中物理选择性必修一 第四章 第五节 光的衍射学案
文档属性
| 名称 | 2021-2022人教版高中物理选择性必修一 第四章 第五节 光的衍射学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-29 13:01:22 | ||
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文档简介
4.5光的衍射
【学习目标】
1．认识光的衍射现象，使学生对光的波动性有进一步的了解．
2.知道衍射条纹与缝宽的关系。
3．能够区分单缝衍射、小孔衍射、圆盘衍射图样．
4.能区分单缝衍射与双缝干涉条纹。
【重点】认识光的明显衍射的条件，能够区分单缝衍射、小孔衍射、圆盘衍射图样，并能区分单缝衍射与双缝干涉条纹。
【难点】通过众多光的衍射实验事实来认识光的波动性。
【课前自主学习】
一、光的衍射
1.定义：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亮条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现______________的现象。
2.衍射图像：衍射时产生的__________或光环。
3.单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现______相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最____最亮，其余条纹变____变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现______条纹，中央为______条纹。
4.圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现______相间的圆环。
5.泊松亮斑：障碍物的衍射现象。在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个______，这就是著名的__________。
二、衍射光栅
1.衍射光栅的结构
由许多______的狭缝________地排列起来形成的光学仪器。
2.衍射图样的特点
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度__ ____，亮度______。
3.衍射光栅的种类： 反射光栅、透射光栅。
【课堂合作探究】
一、光的衍射
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，我们看到，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 单缝衍射产生的图样
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。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较宽。
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。
【归纳】1.单缝衍射图样
(1)中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄。
(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，入射光波长越大，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。
【例1】 (多选)对光的衍射现象的定性分析，下列描述中正确的是( )
A.只有障碍物尺寸小时，光才会发生衍射现象
B.衍射现象是光波互相叠加的结果
C.光的衍射否定了光的直线传播的结论
D.光的衍射为光的波动说提供了有力的证据
【变式训练1】 观察单缝衍射时，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
2.圆孔衍射
(1)圆孔衍射
如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播)；减小圆孔，光屏上出现光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上出现图丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样)。
(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。
(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。
(3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。
【例2】某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样。据此可以判断出( )
A.甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样
B.乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样
C.甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大
D.甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大
【变式训练2】如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样( )
二、衍射光栅
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（图 ）。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。
【归纳】 (1)结构：由许多_____的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
(2)衍射图样特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度_____，亮度_____．
【例3】(多选)关于衍射光栅，下列说法正确的是( )
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
【知识巩固提升】
1、关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是( )
甲图是光的干涉图样
B．乙图是光的衍射图样
C．丙图是利用光的折射原理
D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率
2、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. 光照到不透光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，说明光沿直线传播，不存在光的衍射
3、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 ( )
4、如图中，甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像，其中图甲是光的________(选填“干涉”或“衍射”)图像。由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径________(选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径。
【学习目标】
1．认识光的衍射现象，使学生对光的波动性有进一步的了解．
2.知道衍射条纹与缝宽的关系。
3．能够区分单缝衍射、小孔衍射、圆盘衍射图样．
4.能区分单缝衍射与双缝干涉条纹。
【重点】认识光的明显衍射的条件，能够区分单缝衍射、小孔衍射、圆盘衍射图样，并能区分单缝衍射与双缝干涉条纹。
【难点】通过众多光的衍射实验事实来认识光的波动性。
【课前自主学习】
一、光的衍射
1.定义：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亮条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现______________的现象。
2.衍射图像：衍射时产生的__________或光环。
3.单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现______相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最____最亮，其余条纹变____变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现______条纹，中央为______条纹。
4.圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现______相间的圆环。
5.泊松亮斑：障碍物的衍射现象。在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个______，这就是著名的__________。
二、衍射光栅
1.衍射光栅的结构
由许多______的狭缝________地排列起来形成的光学仪器。
2.衍射图样的特点
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度__ ____，亮度______。
3.衍射光栅的种类： 反射光栅、透射光栅。
【课堂合作探究】
一、光的衍射
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，我们看到，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 单缝衍射产生的图样
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。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较宽。
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。
【归纳】1.单缝衍射图样
(1)中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄。
(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，入射光波长越大，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。
【例1】 (多选)对光的衍射现象的定性分析，下列描述中正确的是( )
A.只有障碍物尺寸小时，光才会发生衍射现象
B.衍射现象是光波互相叠加的结果
C.光的衍射否定了光的直线传播的结论
D.光的衍射为光的波动说提供了有力的证据
【变式训练1】 观察单缝衍射时，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
2.圆孔衍射
(1)圆孔衍射
如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播)；减小圆孔，光屏上出现光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上出现图丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样)。
(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。
(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。
(3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。
【例2】某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样。据此可以判断出( )
A.甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样
B.乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样
C.甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大
D.甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大
【变式训练2】如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样( )
二、衍射光栅
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（图 ）。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。
【归纳】 (1)结构：由许多_____的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
(2)衍射图样特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度_____，亮度_____．
【例3】(多选)关于衍射光栅，下列说法正确的是( )
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
【知识巩固提升】
1、关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是( )
甲图是光的干涉图样
B．乙图是光的衍射图样
C．丙图是利用光的折射原理
D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率
2、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. 光照到不透光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，说明光沿直线传播，不存在光的衍射
3、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 ( )
4、如图中，甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像，其中图甲是光的________(选填“干涉”或“衍射”)图像。由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径________(选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径。