第十三章 第五节
沙场点兵·名校真题·实效检测
1．(多选)(2020·浙江省乐成公立寄宿学校)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( BD )
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
解析：据光明显衍射的条件，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光线能到达地面，据λ＝c/f知，到达地面的光是频率较小的部分。
2．(2020·江苏省扬州中学高二下学期检测)关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是( C )
A．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
解析：甲图是光的衍射图样，乙图是光的干涉图样，故A、B错误；丙图是光的折射原理，C正确；丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，D错误。
3．(2020·安徽省六安市一中高二下学期期末)如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( B )
A．红黄蓝紫
B．红紫蓝黄
C．蓝紫红黄
D．蓝黄红紫
解析：双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故AC两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距Δx＝λ可以知道波长λ越大，Δx越大，故A是红光，C是蓝光。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故BD是单缝衍射图样，B为紫光的单缝衍射图样，D为黄光单缝衍射图样。故从左向右依次是红光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和黄光(单缝衍射)．所以选项B正确，选项ACD错误。(共36张PPT)
物 理
选修3-4
·
人教版
新课标导学
第十三章
光
第五节 光
的
衍
射
【素养目标定位】
※
知道光的衍射现象及衍射条件
※
能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析
※
初步了解衍射光栅
【素养思维脉络】
1
课前预习反馈
2
课内互动探究
3
核心素养提升
4
课内随堂达标
5
课时强化作业
课前预习反馈
光的衍射
1．衍射现象
光能够绕过__________而到达“阴影”区域的现象。
2．产生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸________________或______________________。
障碍物
知识点
1
比光波波长小
与光波波长差不多时
几种不同的衍射现象
1．圆孔衍射
(1)现象
①用点光源照射直径较大的圆孔时，在屏上会出现一个明亮的圆形光斑，这是________________的结果。
②用点光源照射直径足够小的圆孔时，在屏上会出现一些__________________，这是光发生________的结果。
(2)衍射图样的特点
明暗相间的________条纹，中央为________亮斑。
光沿直线传播
知识点
2
明暗相间的圆环
衍射
环状
圆形
2．单缝衍射的条纹特点
(1)中央条纹为__________，离中心条纹越远，亮条纹的宽度________，亮度________。
(2)狭缝越窄，中央亮条纹________。
3．圆盘衍射(泊松亮斑)
(1)现象
用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个________。
(2)衍射图样的特点
圆形阴影中心有一________，与小孔衍射图样有明显区别。
亮条纹
变窄
变暗
越暗
亮斑
亮斑
衍射光栅
1．结构
有许多等宽的狭缝__________排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越______，亮度越______。
2．衍射图样的特点
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变______，亮度________。
3．衍射光栅的种类
________光栅和________光栅。
等距离
知识点
3
窄
亮
窄
增加
反射
透射
『判一判』
(1)光的衍射说明光不能沿直线传播。
( )
(2)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。
( )
(3)隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒，是光的干涉现象。
( )
(4)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。
( )
(5)衍射现象中也有干涉的成分。
( )
×
×
×
×
×
辨析思考
『选一选』
(多选)在城市交通中，用红灯表示禁止通行，其原理是
(
)
A．红光容易产生干涉
B．红光照射的距离大
C．红光容易引起人们的视觉反应
D．红光容易产生衍射
解析：红光在可见光中的波长最长，容易发生衍射，在雾天、雨天、沙尘暴等恶劣天气里，使司机和行人都能看到红灯，避免交通事故的发生；同时红光也容易引起人们的视觉反应。
CD
『想一想』
将一个大的不透明障碍物上的正三角形孔从边长10
cm逐渐减小到零，让阳光从孔中通过，在障碍物后暗箱中的屏上可看到什么现象？
解析：开始阶段，孔比较大，在屏上得到一个正三角形亮斑，如图甲所示。随着孔的减小，亮斑也变小；孔再小，在亮斑周围出现一个亮度比较弱的圆，这是小孔成像，如图乙所示。继续减小小孔的尺寸，在光屏上出现彩色的衍射图样，这时是明显的衍射现象；孔再小，光线变弱，直到什么也看不见。
课内互动探究
对光的衍射现象的理解
这是用光射到一个不透光的小圆形障碍物上形成的影，影的中心有一个圆形的亮斑，你知道这是怎样形成的吗？
提示：光的衍射
思考讨论
1
探究
一
1．光的衍射
(1)产生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多。
(2)光是一种波
光的干涉现象已经表明光是一种波，由于衍射也是波的特点，则光能够衍射，因此，光能够绕过障碍物或通过小孔进入阴影区而传播，即发生衍射现象。
(3)可见光的波长范围
10－6
m～10－7
m，由发生明显衍射现象的条件可知，光的衍射现象不易观察。
归纳总结
2．三种不同的衍射现象
(1)单缝衍射
单缝衍射图样的特点
①单色光的单缝衍射图样是明暗相间、亮度越来越暗且不等距的条纹，中央是亮纹，亮度大，宽度也大；波长越长，条纹间距越大，中央亮纹越宽；
②白光的单缝衍射图样中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央亮纹的色光是紫光，最远离中央的是红光。
(2)圆孔衍射
①单色光的圆孔衍射图样中央亮纹的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环，越向外，亮环亮度越低；
②白光的圆孔衍射图样中央亮纹为白色，周围是彩色圆环。
(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象
各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
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。
特别提醒
(多选)(2020·浙江省诺丁汉大学附中高二下学期期末)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则下列描述正确的是
(
)
A．这是利用光的干涉现象
B．这是利用光的衍射现象
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
BD
典例
1
典题例析
解题指导：解此类题时要注意题目所给的信息，如此题中的“激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同”，可立即判断此为衍射现象，再从衍射角度上推断出其他选项的正确性。
解析：上述现象符合光的衍射产生的条件，故B正确；由衍射产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故D也正确。
1．(多选)对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是
( )
A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象
B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论
D．光的衍射现象说明了光具有波动性
ABD
对点训练
解析：光的衍射现象说明了光具有波动性，而小孔成像说明了光沿直线传播，要出现小孔成像，孔不能太小，光的直线传播规律只是近似的(只有在光的波长比障碍物小的情况下，光才可以看成是沿直线传播的)，所以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，故选项C错误。选项A、B、D正确。
单缝衍射与双缝干涉的比较
在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中，哪些属于光的单缝衍射图样？哪些属于光的干涉图样？
思考讨论
2
提示：单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样。
探究
二
单缝衍射与双缝干涉的比较
归纳总结
名称
项目
单缝衍射
双缝干涉
不同点
产生条件
障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多
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
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，越靠外条纹间距越小
各相邻条纹等间距
亮度
中间条纹最亮，两边变暗
清晰条纹，亮度基本相等
相同点
成因
干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果
意义
干涉、衍射都是波特有的现象，表明光是一种波
(1)单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉，从而理解条纹相间排列。
(2)光波的波长增大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大。
(3)复色光的衍射或干涉图样，可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加。
特别提醒
(2020·北京市昌平区高二下学期期末)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
B
典例
2
典题例析
解题指导：本题一开始告诉我们产生了干涉现象，说明两缝都很窄，能够满足使红光发生明显衍射的条件，挡住一缝后，在屏上得到的是单缝衍射图样。
解析：衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样的中央明条纹较宽，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。所以本题正确选项为B。
2．(2020·浙江省嘉兴一中、湖州中学高二下学期期中)如图所示的4幅明暗相间的条纹，分别是红光经过间距不同的双缝及宽度不同的单缝所形成的。则在下面的四幅图中(甲、乙、丙、丁)依次对应的是
( )
A．双缝宽间距，双缝窄间距，宽单缝，窄单缝
B．双缝窄间距，双缝宽间距，窄单缝，宽单缝
C．宽单缝，窄单缝，双缝宽间距，双缝窄间距
D．窄单缝，宽单缝，双缝窄间距，双缝宽间距
A
对点训练
核心素养提升
易错点：混淆了圆板和圆孔衍射图样而出错
如图中单色光照射的不是一个狭缝，并且观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样(黑线为暗纹)，那么障碍物是
( )
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．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
易错分析：没有分清圆板衍射和圆孔衍射的图样的差别，而错选A。要注意很小的不透明的圆板产生的图样中心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在影区的边沿有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射的图样是不同的。
案
例
D
课内随堂达标
课时强化作业第十三章 第五节
请同学们认真完成练案[15]
(时间：30分钟 总分：50分)
基础夯实
一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)
1．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( B )
解析：由泊松亮斑衍射图样特点可判选项B正确。
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 )
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：观察衍射图样发现：狭缝的宽度逐渐变小，衍射现象越明显，衍射条纹间距变大。本题是缝宽增大，所以选项A正确。
3．在学习了光的衍射现象后，徐飞回家后自己设置了一个小实验。在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，他在屏上看到的现象是( B )
A．先是圆形亮区，最后完全黑暗
B．先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗
C．先是圆形亮环，最后完全黑暗
D．先是圆环亮环，然后圆形亮区，最后完全黑暗
解析：在圆孔由大到小调节过程中，当孔较大时，光沿直线传播，在屏上得到圆形亮斑；当孔的直径减小到与光波的波长相近时，产生光的衍射现象，屏上将出现明、暗相间的亮环，当孔继续减小到完全闭合，没有光到达屏上时，屏上完全黑暗。
4．在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到( C )
A．黑白相间的直条纹
B．黑白相间的弧形条纹
C．彩色的直条纹
D．彩色弧形条纹
解析：白炽灯发出的是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的衍射条纹间距不同，各单色光相互叠加，成为彩色直条纹。
5．图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则( BC )
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
解析：当单色光通过双缝时形成的干涉图样为等间距的，而通过单缝时的图样是中间宽、两边窄的衍射图样，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，而紫光的波长较短，干涉图样中相邻条纹间距较小，因此选项B、C正确。
二、非选择题
6．如图所示，在“观察光的衍射现象”实验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将__减小__(选填“增大”“减小”或“不变”)；该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只有在__光的波长比障碍物小得多__情况下，光才可以看成是沿直线传播的。
解析：当缝宽d增大时，Δx减小，当光的波长比障碍物小得多时，光的衍射现象不明显，光将沿直线传播。
7．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)隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒；
(3)光线照在花布上，可以看见花布上的图样。
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)远处灯发出的光经过帐幔的缝隙，产生衍射，因此可见到灯周围辐射彩色的光芒。
(3)光线照在花布上看见花布的图样，是由于光的反射与吸收的结果。花布是由各种颜色的花纹组成的，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，这样我们在该位置只看到红色。同理可以看到各种花纹反射的颜色。这样可以看到花布的图样。
能力提升
一、选择题(1题为单选题，2～4题为多选题)
1．关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是( D )
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．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
解析：从成因分析，光的干涉现象、衍射现象都是光波叠加的结果，两者都表明光是一种波，故A、C错，D正确；从条纹特点看，虽然条纹宽度、间距方面两者有所区别，但单色光的干涉条纹、衍射条纹都是明(由单色光的颜色决定)暗相间的，白光的干涉条纹、衍射条纹都是彩色的，故B错。
2．做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图象更清晰。如图甲所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是( AD )
A．做单缝实验时，光强分布图如乙所示
B．做单缝实验时，光强分布图如丙所示
C．做双缝实验时，光强分布图如乙所示
D．做双缝实验时，光强分布图如丙所示
解析：双缝干涉条纹等间距，单缝衍射条纹一定不等间距，即中央宽、两边窄的明暗相间的条纹。若做单缝实验时，光强分布图如乙所示，故A正确、B错误；若做双缝实验时，光强分布图如丙所示，故C错误、D正确。
3．关于衍射，下列说法正确的是( AB )
A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B．双缝干涉中也存在衍射现象
C．一切波都很容易发生明显的衍射现象
D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
解析：衍射图样是复杂的光波的叠加现象，双缝干涉中光通过二个狭缝时均发生衍射现象，一般现象中既有干涉又有衍射。一切波都能发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件。
4．在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是( ACD )
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
解析：当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即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，衍射条纹间距越大；光的波长一定、单缝宽度也一定时，若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。
二、非选择题
5．如图所示，甲、乙两图是单色光分别入射到两圆孔形成的图象，由图判断甲是光的__衍射__(选填“干涉”或“衍射”)图象。图甲所对应的圆孔孔径__小于__(选填“大于”“小于”或“等于”)图乙所对应的圆孔孔径。
解析：图甲所示，单色光通过小孔出现明暗相间且宽度不等的条纹，这是光的衍射现象。图乙是个圆亮斑，说明光沿直线传播，没有发生衍射，图乙所对应的圆孔孔径远大于单色光的波长，也大于发生衍射现象的图甲所对应的圆孔孔径。
6．某同学自己动手制作如图所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：
(1)该同学用一束太阳光照射A屏时，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__光的衍射__产生的。
(2)移去A后，遮住缝S1或缝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__双缝S1、S2太宽__。
解析：(1)移去B后只剩下单缝，故发生单缝衍射形成条纹，故此条纹是由于光的衍射产生的。
(2)没有出现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。
7．如图所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片。
(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系。
(2)试说明照片(4)中中央条纹的颜色及成因。
解析：(1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出，由图(1)到图(4)，衍射现象越来越明显，说明两测量脚间的狭缝越来越小，因此由图(1)到图(4)四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小。
(2)图(4)中中央条纹的颜色为白色，因为各种色光在屏中央均为亮条纹，七色光叠加后，中央条纹即为白色。
