人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第4章 第5节 光的衍射课件

第5节　光的衍射
核心素养
物理观念
科学思维
1.观察光的衍射的现象，认识衍射条纹的特点。
2.知道光产生明显衍射的条件。
3.知道光沿直线传播是一种近似规律。
能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析。
知识点一　光的衍射
[观图助学]
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__________。
直线传播
暗条纹或暗斑
亮暗条纹
明暗
宽
彩色
白色
明暗
窄
亮斑
泊松亮斑
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。
知识点二　衍射光栅
等宽
等距离
变窄
增加
[思考判断]
(1)平时很难观察到光的衍射现象是因为一般的障碍物或缝比光波的波长大很多的缘故。( )
(2)白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹。( )
(3)光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射。( )
(4)光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射。( )
√
√
×
×
[要点归纳]
1.衍射现象是否明显：入射光波长越大，障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小，衍射现象越明显。
2.衍射条纹的亮度：小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越小。
核心要点
光的衍射
[试题案例]
[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
解析　光遇到障碍物都可以发生衍射现象，只不过有明显和不明显之分，A项错误；衍射现象是光波互相叠加形成的，B项正确；光的衍射现象与光的直线传播并不矛盾，前者是波动性的体现，后者是粒子性的体现，故C项错误，D项正确。
答案　BD
[针对训练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　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，本题是将缝调宽，现象向相反的方向变化，故选项A正确，B、C、D错误。
答案　A
核心要点
三种衍射图样的特点和比较
取3块不透光的板，在每块板的中间各开1个圆孔，3块板所开的圆孔大小不一。先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现一个明亮的圆形光斑图a；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图b；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现图c。
(1)屏上图b产生了什么现象？
(2)比较屏上图b和图c，说明了什么？
[观察探究]
答案　(1)光离开直线传播的路径，发生了衍射现象。
(2)孔越小，衍射越明显。
[探究归纳]
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。
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。
[试题案例]
[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
解析　甲图的衍射图为明暗相间的圆环，而乙图为在影的中心有一个亮斑——泊松亮斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样，故A正确。
答案　A
衍射图样的特征
(1)对于衍射条纹的特征用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”。其中“中白边彩”只适合于白光光源。
(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。
[针对训练2] 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 (　　)
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正确。
答案　B