高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射学案，共8页。学案主要包含了课前预习，自主探究，重点探究，讨论探究，巩固训练1，巩固训练2，巩固训练3，总结感悟等内容，欢迎下载使用。

课题
光的衍射
年级
高二
知识点来源
高中物理 教材同步 人教版（2019） 选择性必修 第一册 第四章 光 5. 光的衍射
学习目标
物理观念：1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件.
2.知道衍射条纹的特点.
科学思维：会区分衍射条纹和干涉条纹.
科学探究：通过观察光的衍射条件.
学习重难点
区分衍射条纹和干涉条纹.．
【课前预习】
一、光的衍射
1．用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了 的地方．这就是光的衍射现象．
2．各种不同形状的障碍物都能使光发生 ，致使影的轮廓 ，出现 的条纹．
3．发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长 ，甚至比光的波长还 的时候，衍射现象十分明显．
4．衍射光栅
(1)构成：由许多 的狭缝 地排列起来形成的光学元件．
(2)增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变 ，亮度 ．
(3)种类： 和 ．
【自主探究】
1．判断下列说法的正误．
(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的．( )
(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象．( )
2．下列四幅图片中属于光的干涉的是________，属于光的的衍射的是________．
【重点探究】
一、光的衍射
【讨论探究】
(1)让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化．缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？

(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？

【讨论探究】
三种衍射图样的特点
1．单缝衍射
(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为 ．中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现 ，中央为 ．
(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距 ；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距 ．
2．圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现 的圆环．如图1所示．

图1 图2
3．圆板衍射(泊松亮斑)
(1)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 ，这就是著名的泊松亮斑．衍射图样如图2所示．
(2)中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的 的圆环．
【典例1】(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是( )
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．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
二、单缝衍射与双缝干涉的比较
1．不同点
(1)产生条件eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(单缝衍射：只要狭缝足够小,双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加))
(2)图样eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，,两侧亮条纹变暗变窄,双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹))
2．相同点
(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果．
(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．
【典例2】如图3所示的四幅明暗相间的条纹，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(黑色部分表示亮条纹)．则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是( )
图3
A．红黄蓝紫B．红紫蓝黄
C．蓝紫红黄D．蓝黄红紫
【巩固训练1】 (多选)如图4(a)所示是做双缝干涉实验的示意图．先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝．若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，则( )
图4
A．完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹
B．完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹
C．完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹
D．完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹
【巩固训练2】(光的衍射)(多选)对光的衍射现象的定性分析，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．衍射条纹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
【典例3】(单缝衍射与双缝干涉的比较)如图5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( )
图5
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
【巩固训练3】(光的衍射)让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，则在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)( )
A．三角形光斑 倒立的烛焰 明暗相间的圆环
B．三角形光斑 圆形光斑 倒立的烛焰
C．倒立的烛焰 圆形光斑 明暗相间的圆环
D．三角形光斑 明暗相间的圆环 倒立的烛焰
【总结感悟】
13.5《光的衍射》课后巩固练习
一、选择题
考点一 光的衍射
1．(多选)用游标卡尺观察光的衍射现象时，下列说法中正确的是( )
A．游标卡尺形成的狭缝应平行于日光灯，且狭缝远离日光灯，人眼也远离狭缝进行观察
B．游标卡尺狭缝平行于日光灯观察时，可观察到中央为白色条纹，两侧为彩色条纹，且彩色条纹平行于日光灯
C．狭缝宽度由0.5mm缩小到0.2mm，条纹间距变宽，亮度变暗
D．狭缝宽度由0.5mm扩展到0.8mm，条纹间距变宽，亮度变暗
2．(多选)在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( )
A．其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄
B．其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄
C．其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽
D．其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
3．(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下( )
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．只有频率较高的一部分光才能到达地面
D．只有频率较低的一部分光才能到达地面
4．(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图1所示．激光束通过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同，则( )
图1
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
5．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0.05mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图2所示，则他在光屏上看到的条纹是( )
图2
考点二 单缝衍射与双缝干涉的比较
6．(多选)关于衍射，下列说法中正确的是( )
A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象
C．一切波都很容易发生明显的衍射现象
D．影子的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
7．如图3所示，a表示单缝，b表示双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示亮条纹)，则( )
图3
A．图c表示单缝衍射条纹，图d表示双缝干涉条纹
B．单缝S越宽，越容易观察到对应的明暗条纹
C．双缝间距离越小，对应条纹间距越大
D．照射双缝的单色光波长越短，对应条纹间距越大
8．某同学自己动手制作如图4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：
图4
(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______________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5甲、乙、丙、丁所示条纹，说明了什么？________________________________________________________________________.
图5
9．(综合)(1)(多选)下列说法正确的是( )
A．光在任何情况下都能发生明显的衍射现象
B．单缝的宽度越小，衍射现象越明显
C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
D．光的衍射现象并未否定光的直线传播结论
E．阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑是太阳的像
(2)某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射。
①若某次观察光的衍射时游标卡尺的示数如图所示，则卡尺两脚间的狭缝宽度为________。
②(多选)在利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射总结出的以下几点中，正确的说法是________。
A．若狭缝与灯丝平行，则衍射条纹与狭缝平行
B．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，衍射条纹越窄
C．衍射条纹的间距与光的波长有关，光的波长越长，衍射条纹越宽
D．衍射条纹的间距与光的频率有关，光的频率越大，衍射条纹越宽
参考答案
1.答案 BC
解析 当游标卡尺狭缝平行于日光灯，狭缝远离日光灯时，眼睛应靠近狭缝进行观察，观察到平行于日光灯的彩色条纹，且中央为白色条纹，A错误，B正确；狭缝越小，衍射现象越明显，即条纹间距变宽，但亮度变暗，C正确，D错误．
2.答案 ACD
解析 黄光波长大于绿光波长，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越宽，所以A、C正确；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹间距会变宽，B错误；当光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距会变宽，D正确．
3.答案 BD
解析 根据光发生明显衍射现象的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光能到达地面，据λ＝eq \f(c,f)知，到达地面的光是频率较低的一部分光，故选项B、D正确．
4.答案 BD
解析 由题图图样可知，这是利用了光的衍射现象，当丝变细时(相当于狭缝变窄)条纹间距变宽，B、D选项正确．
5.答案 B
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对．
6.答案 AB
7.答案 C
解析 根据单缝衍射条纹间距不等，而双缝干涉条纹间距相等，则有题图c表示双缝干涉条纹，题图d表示单缝衍射条纹，故A错误；根据发生明显衍射现象的条件可知，单缝S越窄，越容易观察到对应的明暗条纹，故B错误；在双缝干涉中，干涉条纹的间距Δx＝eq \f(l,d)λ，由公式可得，条纹间距与波长λ、双缝与屏之间的距离l成正比，与双缝间的距离d成反比，故C正确，D错误．
8.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，故此条纹是由于光的衍射产生的．
(2)没有出现明暗相间的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，由题图甲到题图丁，衍射现象越来越明显，说明缝S1或S2越来越窄.
9.答案 (1)BCDE (2)①0.25 mm ②AC
解析 (1)根据光发生明显衍射现象的条件可知，A错误；单缝的宽度越小，衍射现象越明显，B正确；因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的证据，C正确；当障碍物较大时，光的衍射不明显，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，二者并不矛盾，D正确；阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑是小孔成像，即为太阳的像，故E正确。
(2)①游标卡尺的游标尺为20分度，其精度为0.05 mm，读数＝固定刻度＋可动刻度＝0＋5×0.05 mm＝0.25 mm。
②观察光的衍射现象时，若狭缝与灯丝平行，则衍射条纹与狭缝平行，A正确；衍射现象明显与否与缝宽和光的波长有关，狭缝越窄，光的波长越长，衍射条纹越宽，即衍射现象越明显，故B错误，C正确；由c＝λf知，频率越大则光波长越短，衍射条纹越窄，故D错误。