第5章 光的干涉、衍射和偏振
第3节 光的衍射
基础过关练
题组一 光的衍射的理解
1.(多选题)对光的衍射现象的定性分析中,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.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
3.如图所示为光分别通过狭缝、圆孔后产生的衍射图样(缝和孔的形状标于各图的右下方)。当光通过正四边形小孔时,会在光屏上产生的衍射图样是下列四幅图中哪个 ( )
4.(多选题)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的天气现象,发生沙尘暴时能见度只有十几米,天气变黄变暗,这是由于这种情况下 ( )
A.只有波长较短的一部分光才能到达地面
B.只有波长较长的一部分光才能到达地面
C.只有频率较大的一部分光才能到达地面
D.只有频率较小的一部分光才能到达地面
题组二 单缝衍射与双缝干涉
5.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
6.(多选题)如图所示为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样,则 ( )
A.甲为红光的衍射图样
B.乙为紫光的干涉图样
C.丙为红光的衍射图样
D.丁为紫光的干涉图样
7.如图甲所示为研究光的干涉与衍射现象的实验装置,狭缝S1、S2的宽度可调,狭缝到屏的距离为l。同一单色光垂直照射在狭缝上,实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样(图中阴影部分表示暗条纹)。下列说法正确的是 ( )
A.图乙是光的双缝干涉图样,图丙是光的衍射图样
B.遮住一条狭缝,仅减小另一狭缝的宽度,图丙中亮条纹宽度将减小
C.照射双缝时,仅增大l,图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
D.照射双缝时,若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍,P点出现亮条纹
8.如图所示A、B、C、D四幅图是某种单色光形成的干涉或衍射图样,其中与其他三幅表示不同类型的是 ( )
9.某同学自己动手制作如图1所示的装置观察光的干涉现象,其中A为单缝,B为双缝,整个装置放于一暗箱中,实验过程如下:
图1
(1)该同学用一束太阳光照射A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与缝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2甲、乙、丙、丁所示条纹,说明了什么
。
图2
10.分析以下现象产生的原因:
(1)通过盛水的玻璃杯,在适当的角度,可看到彩色光;
(2)菜汤上的油花呈现彩色;
(3)隔着帐幔看远处的灯,见到灯周围辐射彩色的光芒;
(4)光线照在花布上,可以看见花布上的图样。
答案全解全析
基础过关练
1.ABC 2.A 3.B 4.BD 5.D 6.BC 7.A 8.B
1.ABC 根据光的衍射现象的定义可知选项A正确;衍射图样中有亮、暗条纹,这是光波相互叠加的结果,加强区为亮条纹,减弱区为暗条纹,选项B正确;因为衍射是波特有的现象,所以光的衍射现象为光的波动说提供了有力证据,选项C正确;当障碍物较大时,光的衍射很弱,光几乎沿直线传播,即光的直线传播只是特殊情况下的近似,与光的衍射现象并不矛盾,选项D错误。
2.A 在单缝衍射实验中,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,本题是将缝调宽,现象相反,故选项A正确,B、C、D错误。
3.B 光的衍射是指光在传播过程中,遇到障碍物或小孔时,光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面继续传播的现象,根据题目中光分别通过狭缝、圆孔后产生的衍射图样,可以看出,光通过狭缝(两个边缘)后向两边衍射,通过圆孔时向整个圆周围衍射,可推测光的衍射方向与缝或孔的边缘形状有关,所以光通过正四边形小孔时,应向四边衍射,B正确,A、C、D错误。
方法技巧 衍射图样的特征
(1)衍射条纹的特征可以用十二个字概括:“中宽边窄”、“中亮边暗”、“中白边彩”。其中“中白边彩”只适合于自然光光源。
(2)各种衍射图样的形状不同,而图样的分布规律、影响因素都是类似的。
4.BD 根据光发生明显衍射的条件,发生沙尘暴时,只有波长较长的一部分光线能到达地面,根据λ=知,到达地面的光频率较小。故选B、D。
5.D 光的干涉现象和光的衍射现象都是光波叠加的结果,两者都表明光是一种波;白光的干涉条纹和衍射条纹都是彩色的,只是条纹间距特点及亮度特点不同而已。故A、B、C错误,D正确。
6.BC 单色光通过双缝时形成的干涉图样为等间距的条纹,而通过单缝时形成的衍射图样是中间宽、两边窄的条纹,因此甲、乙为干涉图样,而丙、丁为衍射图样。由于红光的波长较长,干涉图样中相邻条纹间距较大,衍射图样中中央亮条纹较宽,而紫光的波长较短,干涉图样中相邻条纹间距较小,衍射图样中中央亮条纹较窄,因此选项B、C正确。
拓展提升 (1)光波的波长增大,衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大。
(2)复色光的衍射或干涉图样,可看成各单色光单独衍射或干涉所形成图样的叠加。
7.A 双缝干涉图样的相邻亮(或暗)条纹的间距不变,故乙为双缝干涉图样,衍射图样中亮条纹中间宽两侧窄,故图丙为光的衍射图样,故A正确;狭缝越小,衍射的范围越大,衍射条纹越宽,遮住一条狭缝,减小另一狭缝宽度,其他条件不变,则衍射现象增强,图丙中亮条纹宽度将增大,故B错误;根据公式Δy=λ可知当仅增大l时,图乙中相邻亮条纹的中心间距增大,故C错误;照射双缝时,若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍,则两束光波在P点相互削弱,P点出现为暗条纹,故D错误。故选A。
方法点津 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,两侧的亮条纹逐渐变窄。
(2)根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉中,中央亮条纹与两侧亮条纹亮度变化很小,而单缝衍射中,中央亮条纹最亮,两侧的亮条纹逐渐变暗。
8.B 干涉图样的条纹间距相等,衍射图样的条纹间距不等且中央条纹最宽,所以B是光的干涉图样,A、C、D是光的衍射图样,故选B。
9.答案 (1)光的衍射 (2)双缝S1、S2太宽
(3)缝S1或缝S2越来越窄
解析 (1)移去B后只剩下单缝,故发生单缝衍射现象形成不等间距的条纹,故该条纹是由于光的衍射产生的。
(2)没有出现明暗相间的干涉条纹而只出现一个窄亮斑,说明衍射现象不明显,故主要原因是双缝S1、S2太宽。
(3)从四张单缝衍射图样可以看出,从甲到丁,衍射现象越来越明显,说明缝S1或S2越来越窄。
10.答案 见解析
解析 (1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射,在适当的角度,各色光分离较大,可看到彩色光。
(2)光经过菜汤上油膜的前后两个表面发生反射,两列反射光波相互叠加,产生干涉条纹,因此菜汤上的油花呈现彩色。
(3)远处灯发出的光经过帐幔的缝隙,发生衍射,因此可见到灯周围辐射彩色的光芒。
(4)光线照在花布上看见花布的图样,是光的反射与吸收的结果。花布上有各种颜色的花纹,当白光照在花布上时红色花纹反射红光,吸收其他颜色的光,这样我们在该位置就看到红色花纹,同理我们可以看到各种颜色的花纹,这样就可以看到花布的图样。(共9张PPT)
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.发生明显衍射现象的条件: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。
3.衍射现象是波动性最基本的表现之一。
第3节 光的衍射
知识 清单破
知识点 1 衍射现象
知识点 2 衍射对分辨本领的影响
1.一个光学仪器的分辨本领,是指这个仪器能把两个相互靠近的物体的像分离开来的能力。
2.光学显微镜和望远镜等光学仪器,其透镜就相当于小圆孔,透镜直径越小,产生的衍射现象
越明显,分辨本领就越低。
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细槽的光学器件。
2.种类:透射光栅和反射光栅。
3.透射光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。多缝干涉的结果使光栅衍射的亮
条纹的宽度比单缝衍射时窄得多,亮条纹又细又亮。
知识点 3 衍射光栅
1.阳光下茂密的树林中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。 ( )
2.衍射现象中也有干涉的成分。 ( )
3.只有波长长的光才发生明显的衍射现象。 ( )
4.在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中,缝越宽,衍射现象越显著。 ( )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
阳光下茂密的树林中地面上的圆形亮斑是小孔成像形成的。
提示
发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸接近光的波长,并非只有波长长的光才
发生明显的衍射现象。
提示
缝越窄,衍射现象越显著。
提示
√
1.光是一种波
(1)光的衍射现象表明光是一种波。衍射是波特有的现象,光能够绕过障碍物偏离直线传播,
即光能发生衍射,表明光是一种波。
(2)可见光的波长在400 nm到760 nm之间,由发生明显衍射现象的条件可知,可见光的衍射现
象不易观察。
2.衍射种类
(1)单缝衍射图样的特征(如图所示)
疑难 情境破
讲解分析
疑难 对光的衍射的理解
①中央条纹亮而宽。
②两侧亮条纹具有对称性,亮条纹宽度逐渐变窄,亮度逐渐降低。
③波长一定时,单缝窄的中央亮条纹宽,条纹间距大;单缝不变时,波长长的中央亮条纹宽,条纹
间距大。
④白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹,两侧为彩色条纹,且靠近白色亮条纹的一侧为紫
色,另一侧呈红色。
(2)圆孔衍射图样的特征(如图所示)
①单色光的圆孔衍射图样:中央亮圆的亮度大,向外是明暗相间的不等距的圆环。越向外,亮
圆环亮度越低。
②白光的圆孔衍射图样:中央亮圆为白色,向外是彩色圆环。
(3)圆盘衍射图样的特征
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盘,会发现在影的中心有一个亮斑,这就是泊松亮斑(如图
所示)。
①形成泊松亮斑时,圆盘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。
②圆盘衍射图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小。
③圆盘衍射图样与圆孔衍射图样比较
a.均有明暗相间的圆环,中心均有亮斑。
b.圆孔衍射图样的中心亮斑较大,而泊松亮斑较小。
3.单缝衍射与双缝干涉的比较
单缝衍射 双缝干涉
不 同 点 产生条件 任何光都能发生 频率、振动方向相同、相位差恒定的两列光波相遇叠加
条纹宽度 各亮(暗)条纹宽度不等,中央最宽 各亮(暗)条纹宽度相等
条纹间距 条纹间距不等,越靠外条纹间距越小 相邻亮(暗)条纹间距相等
亮度 中央条纹最亮,向两边亮条纹逐渐变暗 各亮条纹的亮度基本相等
相同 点 条纹成因 条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果 意义 都是波特有的现象,表明光是一种波 典例 如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、黄光各自通过同一个双缝干涉仪器【1】
形成的干涉图样以及绿光、紫光各自通过同一个单缝【2】形成的衍射图样(灰色部分表示亮
纹)。四幅图中,从左往右亮条纹的颜色依次是 ( )
A.黄、绿、红、紫 B.黄、紫、红、绿
C.红、紫、黄、绿 D.红、绿、黄、紫
信息提取 【1】干涉图样的条纹间距取决于光的波长(波长越长条纹间距越大);
【2】衍射图样中,中央亮条纹宽度取决于光的波长(波长越长中央亮条纹越宽)。
思路点拨 解题必备知识:(1)单缝衍射条纹中间宽两边窄且不等间距【3】;(2)双缝干涉条纹等
宽等间距【4】;(3)波长大小关系:λ红光>λ黄光>λ绿光>λ紫光【5】;(4)双缝干涉条纹间距公式Δy= λ。
解析 a、c是双缝干涉图样(由【4】得到),a图中的条纹间距比c图中的大,则a对应红光,c对
应黄光(由【1】、【5】得到);b、d是单缝衍射图样(由【3】得到),d图中中央亮条纹的宽度
比b图中的大,则d对应绿光,b对应紫光(由【2】、【5】得到)。故选C。
答案 C
