4.5光的衍射 —2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册学案word版含答案

第5节　光的衍射
【学习目标】
1．了解光的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。
2．知道衍射、衍射光栅在生产生活以及科学技术中的应用，了解科学、技术和社会的关系。
3．通过光的衍射的学习，对光的直线传播现象提出质疑，会从不同角度思考物理问题。
【问题导入】
我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？
【知识梳理】
一、光的衍射
1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，没有沿直线传播，而是绕过了缝(或圆孔)的边缘，传播到了相当宽的地方，在背后的阴影区形成明暗相间的条纹的现象，叫作光的衍射现象。
说明：用平行光照射狭缝，当缝较宽时，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。当缝调到很窄时，亮条纹的亮度有所降低，但宽度反而增大了，而且还出现了明暗相间的条纹。
2．衍射条纹产生的实质：是光波发生干涉的结果。当光源发出的光照射到小孔或障碍物时，小孔处或障碍物的边缘可看成许多点光源，这些点光源是相干光源，发出的光相互干涉，形成明暗相间的条纹。所以说衍射中有干涉，干涉中也有衍射。
3．单缝衍射条纹：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗，且缝隙越窄、波长越长中央条纹越宽，条纹间距越大(如图所示)；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹(如图所示)。
4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环．
说明：如图所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光沿直线传播，光屏上出现圆形亮光区域(如图甲)，无明显衍射现象发生；当圆孔很小时，光屏上出现出现亮暗相间的同心圆环，中央是大且亮的圆形亮斑 (如图乙)。
5．泊松亮斑：障碍物(不透明的小圆板)的衍射现象。
说明：用单色光照射一个较小的圆形障碍物，会发现明暗相间的环形条纹，在圆形阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。区别于圆孔衍射，它的泊松亮斑的图样背景是明亮的(如图所示)。
★辨析：单缝衍射和双缝干涉
　　种类 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，中央条纹最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
亮度 中央条纹最亮，越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同
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
二、衍射光栅
1．结构：由许多等宽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，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．
3．衍射光栅的种类：
(1)透射光栅：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。
(2)反射光栅：在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。
【考点研析】
任务一：光的衍射现象
[例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
[变式1]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
任务二：衍射与干涉的区别
[例2]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
[变式2] 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
【答案提示】
[例1] 答案：ABD
[变式1] 答案：　D
[例2] 答案：　A
[变式2] 答案：　B