高中物理人教版选修3-4 学案 第十三章 第5节 光的衍射 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-4 学案 第十三章 第5节 光的衍射 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 403.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-27 10:48:25 | ||
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文档简介
第5节 光的衍射
1．知道光的衍射现象和产生明显衍射现象的条件。
2．了解如何通过实验观察光的衍射现象并可以区分几种不同的衍射图样。
3．能解释日常生活中的衍射现象并初步了解衍射光栅。
一、光的衍射
1．光的衍射现象：光能够绕过障碍物而到达“阴影”区域的现象。
2．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或跟波长相差不多。
3．几种衍射现象
(1)单缝衍射
①单色光的衍射：条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。
②白光的衍射：条纹中间为白色条纹，两侧为彩色条纹。
(2)圆孔衍射：中间是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。
(3)泊松亮斑：若在单色光传播途中，放一个不透光的圆盘，会发现在阴影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
二、衍射光栅
由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。和单缝衍射相比，衍射光栅的衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类。
判一判
(1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象。( )
(2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象。( )
(3)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。( )
(4)衍射光栅的图样与单缝衍射相比，衍射条纹的亮度增加，宽度变宽。( )
提示：(1)× (2)× (3)√ (4)×
想一想
(1)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。
(2)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，一定发生衍射现象，只是有明显与不明显之分，无发生与不发生之别。
课堂任务 光的衍射
1．对光的衍射的理解
(1)衍射现象和衍射条纹
①衍射现象：光通过很窄的缝或很小的孔时，光没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。
②衍射条纹特点：衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。
(2)光产生明显衍射现象的条件
障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或跟波长相差不多。
2．三种衍射图样的比较
(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。越靠外，条纹间距越小。
②缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低。
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(图(b))。
(2)圆孔衍射图样
①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，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。如图所示。
②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。
③用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。
④白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。
⑤只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗。
(3)不透光的圆盘的衍射图样
①中央是亮斑(泊松亮斑)。
②周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。
3．单缝衍射与双缝干涉的比较
4．衍射光栅
(1)衍射光栅的结构：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
(2)衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。
(3)衍射光栅的种类：反射光栅、透射光栅。
例 (多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是( )
A．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
B．白光的单缝衍射图样是黑白相间的直条纹
C．双缝干涉中也存在衍射现象
D．双缝干涉图样与单缝衍射图样中的条纹宽度都是均匀的，只是亮度规律不同
(1)光照射到不透明的物体上一定能发生衍射吗？
提示：一定能发生衍射，只是有的衍射不明显，我们不易观察到。
(2)单色光的单缝衍射条纹与白光的有何不同？
提示：单色光的单缝衍射条纹是明暗相间的，白光的单缝衍射条纹中央是白色的，两侧是彩色的。
[规范解答] 光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮斑，是衍射现象，A正确；白光的单缝衍射图样中央是白色条纹两侧是彩色条纹，B错误；双缝干涉中也存在单缝衍射现象，C正确；双缝干涉图样中的条纹宽度是均匀的，单缝衍射图样中的条纹宽度是不均匀的，D错误。
[完美答案] AC
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。
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 双缝干涉图样的条纹等间距，单缝衍射图样的条纹中央亮条纹最宽，两侧亮条纹变窄，A正确，B错误；无论是双缝干涉还是单缝衍射，形成的图样中，条纹间距大的波长长，C、D错误。
1．知道光的衍射现象和产生明显衍射现象的条件。
2．了解如何通过实验观察光的衍射现象并可以区分几种不同的衍射图样。
3．能解释日常生活中的衍射现象并初步了解衍射光栅。
一、光的衍射
1．光的衍射现象：光能够绕过障碍物而到达“阴影”区域的现象。
2．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或跟波长相差不多。
3．几种衍射现象
(1)单缝衍射
①单色光的衍射：条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。
②白光的衍射：条纹中间为白色条纹，两侧为彩色条纹。
(2)圆孔衍射：中间是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。
(3)泊松亮斑：若在单色光传播途中，放一个不透光的圆盘，会发现在阴影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
二、衍射光栅
由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。和单缝衍射相比，衍射光栅的衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类。
判一判
(1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象。( )
(2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象。( )
(3)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。( )
(4)衍射光栅的图样与单缝衍射相比，衍射条纹的亮度增加，宽度变宽。( )
提示：(1)× (2)× (3)√ (4)×
想一想
(1)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。
(2)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，一定发生衍射现象，只是有明显与不明显之分，无发生与不发生之别。
课堂任务 光的衍射
1．对光的衍射的理解
(1)衍射现象和衍射条纹
①衍射现象：光通过很窄的缝或很小的孔时，光没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。
②衍射条纹特点：衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。
(2)光产生明显衍射现象的条件
障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或跟波长相差不多。
2．三种衍射图样的比较
(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。越靠外，条纹间距越小。
②缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低。
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(图(b))。
(2)圆孔衍射图样
①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，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。如图所示。
②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。
③用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。
④白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。
⑤只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗。
(3)不透光的圆盘的衍射图样
①中央是亮斑(泊松亮斑)。
②周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。
3．单缝衍射与双缝干涉的比较
4．衍射光栅
(1)衍射光栅的结构：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。
(2)衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。
(3)衍射光栅的种类：反射光栅、透射光栅。
例 (多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是( )
A．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
B．白光的单缝衍射图样是黑白相间的直条纹
C．双缝干涉中也存在衍射现象
D．双缝干涉图样与单缝衍射图样中的条纹宽度都是均匀的，只是亮度规律不同
(1)光照射到不透明的物体上一定能发生衍射吗？
提示：一定能发生衍射，只是有的衍射不明显，我们不易观察到。
(2)单色光的单缝衍射条纹与白光的有何不同？
提示：单色光的单缝衍射条纹是明暗相间的，白光的单缝衍射条纹中央是白色的，两侧是彩色的。
[规范解答] 光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮斑，是衍射现象，A正确；白光的单缝衍射图样中央是白色条纹两侧是彩色条纹，B错误；双缝干涉中也存在单缝衍射现象，C正确；双缝干涉图样中的条纹宽度是均匀的，单缝衍射图样中的条纹宽度是不均匀的，D错误。
[完美答案] AC
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。
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 双缝干涉图样的条纹等间距，单缝衍射图样的条纹中央亮条纹最宽，两侧亮条纹变窄，A正确，B错误；无论是双缝干涉还是单缝衍射，形成的图样中，条纹间距大的波长长，C、D错误。