1.了解光的衍射概念及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.2.知道衍射、衍射光柵在生產(chǎn)生活以及科學技術(shù)中的應(yīng)用,了解科學、 技術(shù)和社會的關(guān)系.3.通過光的衍射的學習,對光的直線傳播現(xiàn)象提出質(zhì)疑,會從不同角度思考物理問題.
光的衍射現(xiàn)象進一步證明了光具有波動性,對發(fā)展光的波動理論起了重要的作用.教材講述光的衍射的思路是:首先提出問題,讓學生思考一般情況下不容易觀察到光的衍射現(xiàn)象的原因;然后再觀察衍射實驗,說明光的衍射現(xiàn)象及發(fā)生衍射的條件.由于衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的物理過程分析起來比較復雜,教材只進行了定性分析.
在分析產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象條件的教學中,教師可以通過復習機械波衍射的知識,使學生認識光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:障礙物或孔的尺寸比波長小,或者跟波長差不多.在這里,教師可以安排一個討論環(huán)節(jié),先讓學生體會“明顯”“差不多”的含義,再指明由于光的波長很短,要產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,障礙物或小孔必須很小.做好光的衍射現(xiàn)象實驗在本節(jié)課的教學中至關(guān)重要,它是學生認識光的衍射的基礎(chǔ).沒有條件的學校,應(yīng)盡量通過錄像將這些現(xiàn)象展示給學生,引發(fā)學生的思考.
[教材鏈接] 閱讀教材第98~99頁,填寫光的衍射的相關(guān)知識(1)衍射現(xiàn)象:當光通過很窄的縫或很小的孔時,光沒有沿直線傳播,而是繞過縫或孔的邊緣,傳播到　　　　的地方,這就是光的衍射現(xiàn)象.?(2)發(fā)生明顯衍射的條件:障礙物或孔的尺寸跟光的波長　　　,甚至比光的波長　　　　,衍射現(xiàn)象十分明顯.?
(3)單縫衍射條紋的特征:單色光通過單縫,衍射條紋是　　　　　　的條紋,中央亮條紋　　　　　　,離中央條紋越遠,亮條紋的寬度　　　,亮度越小.白光通過單縫發(fā)生衍射,中央條紋為　　　條紋,兩邊的條紋為　　　條紋.?
例1 (多選)某同學以線狀白熾燈為光源,利用游標卡尺兩腳間形成的狹縫觀察光的衍射現(xiàn)象后,總結(jié)出以下幾點,你認為正確的是(　　 )A.若狹縫與燈泡平行,則衍射條紋與狹縫平行B.若狹縫與燈泡垂直,則衍射條紋與狹縫垂直C.衍射條紋的疏密程度與狹縫的寬度有關(guān)D.衍射條紋的間距與光的波長有關(guān)E.波長越小,衍射條紋間距越大
[解析] 若狹縫與線狀白熾燈平行,則衍射條紋與狹縫平行;衍射條紋的疏密程度與縫寬有關(guān),縫寬越小,則條紋越疏;條紋間距與波長有關(guān),波長越長,則條紋間距越大.
變式 (多選)對于單縫衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是(　　)A.縫的寬度d越小,衍射條紋越暗B.縫的寬度d越小,衍射現(xiàn)象越明顯C.縫的寬度d越小,光的傳播路線越接近直線D.入射光的波長越短,衍射現(xiàn)象越明顯
[解析] 單縫寬度越小,衍射條紋的亮度越小,選項A正確;入射光的波長越長,單縫寬度越小,則衍射現(xiàn)象越明顯,選項B正確,選項C、D錯誤.
光在沒有障礙物的均勻介質(zhì)中沿直線傳播,在障礙物的尺寸比光的波長大得多時,衍射現(xiàn)象不明顯,也可以認為光沿直線傳播.
[物理觀念] (1)單縫衍射①單色光的單縫衍射圖樣是明暗相間、從中央向兩邊的亮度越來越暗且不等距的條紋,中央是亮條紋,亮度高,寬度大;單色光的波長越長,條紋間距越大,中央亮條紋越寬.
學習任務(wù)二:三種不同的衍射現(xiàn)象
②白光的單縫衍射圖樣中央是白色亮條紋,兩邊是彩色條紋,其中最靠近中央亮條紋的色光是紫光,最遠離中央的是紅光.(2)圓孔衍射①單色光的圓孔衍射圖樣中央亮條紋的亮度大,外面是明暗相間的不等距的圓環(huán),越向外,亮環(huán)亮度越低.②白光的圓孔衍射圖樣中央亮環(huán)為白色,周圍是彩色圓環(huán).
(3)泊松亮斑——障礙物的衍射現(xiàn)象各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射,使影的輪廓模糊不清.若在單色光傳播途中,放一個較小的圓形障礙物,會發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個亮斑,這就是著名的泊松亮斑.
例2 (多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是(　　)A.紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋B.白光的單縫衍射圖樣是白暗相間的直條紋C.光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑,說明發(fā)生了衍射D.光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑,說明光沿直線傳播,沒有發(fā)生衍射
[解析] 單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是明暗相間的直條紋,白光的單縫衍射圖樣是彩色條紋,選項A正確,選項B錯誤;
光照到不透明小圓盤上,在其陰影中心出現(xiàn)光點,這是衍射現(xiàn)象,選項C正確;屏上出現(xiàn)大光斑說明衍射現(xiàn)象不明顯,不能認為沒有發(fā)生衍射,選項D錯誤.
變式 如圖4-5-4所示的甲、乙、丙、丁圖形中,屬于著名的泊松亮斑的衍射圖樣和單縫衍射圖樣的分別是(　　)A.甲、丙B.甲、丁C.乙、丙D.乙、丁
[解析] 甲圖是泊松亮斑的衍射圖樣,乙圖是圓孔衍射圖樣,丙圖是單縫衍射圖樣,丁圖是雙縫干涉圖樣,A正確,B、C、D錯誤.
學習任務(wù)三:單縫衍射與雙縫干涉的比較
例3 [2020·江蘇四市調(diào)研] 用紅光、藍光分別做雙縫干涉實驗,用黃光、紫光分別做單縫衍射實驗,得到的圖樣如圖4-5-5所示(黑色部分表示亮紋).在四個圖中從左往右排列,亮條紋的顏色依次是(　　)A.紅、黃、藍、紫B.紅、紫、藍、黃C.藍、紫、紅、黃D.藍、黃、紅、紫
變式1 在白熾燈照射下,從用手指捏緊的兩塊玻璃板的表面能看到彩色條紋,這是光的　　　　現(xiàn)象;通過兩根并在一起的鉛筆狹縫去觀察發(fā)光的白熾燈,也會看到彩色條紋,這是光的　　　　現(xiàn)象.?
[解析] 從用手指捏緊的兩塊玻璃板的表面能看到彩色條紋,這是薄膜干涉現(xiàn)象;通過兩根并在一起的鉛筆狹縫去觀察發(fā)光的白熾燈,也會看到彩色條紋,這是單縫衍射現(xiàn)象.
變式2 某同學自己動手制作如圖4-5-6所示的裝置觀察光的干涉現(xiàn)象,其中A為單縫,B為雙縫,整個裝置位于一暗箱中,實驗過程如下:(1)該同學用一束太陽光照射A時,屏C上沒有出現(xiàn)干涉條紋;移去B后,在屏上出現(xiàn)不等間距條紋,此條紋是由　　　　　　產(chǎn)生的.?
[解析]移去B后,只剩下單縫,發(fā)生單縫衍射現(xiàn)象,形成不等間距的條紋,故此條紋是由光的衍射產(chǎn)生的.
(2)移去A后,遮住縫S1與縫S2中的任一個,C上均出現(xiàn)一窄亮斑,出現(xiàn)以上實驗結(jié)果的主要原因是　　　　　　　　.?
[解析]沒有出現(xiàn)明暗相間的條紋,只出現(xiàn)一個窄亮斑,說明衍射現(xiàn)象不明顯,其主要原因是雙縫S1、S2太寬.
(3)若光通過縫S1或縫S2后在C上依次出現(xiàn)如圖4-5-7甲、乙、丙、丁所示條紋,說明　　　　　　　　　　　.?
[解析]從四張單縫衍射圖樣可以看出,由圖甲到圖丁,衍射現(xiàn)象越來越明顯,說明縫S1或S2越來越窄.
縫S1或縫S2越來越窄
1.(多選)沙塵暴是由于土地的沙化引起的一種惡劣的天氣現(xiàn)象,發(fā)生沙塵暴時能見度只有十幾米,天氣變黃變暗,這是由于這種情況下(　　 )A.只有波長較短的一部分光才能到達地面B.只有波長較長的一部分光才能到達地面C.只有頻率較大的一部分光才能到達地面D.只有頻率較小的一部分光才能到達地面
2.如圖所示,在“觀察光的衍射現(xiàn)象”實驗中,保持縫到光屏的距離不變,增加縫寬,屏上衍射條紋間距將　　 　 (選填“增大”“減小”或“不變”);該現(xiàn)象表明,光沿直線傳播只是一種近似規(guī)律,只有在　　　　　　　　　　　　　　　情況下,光才可以看成是沿直線傳播的.?
障礙物的尺寸比光的波長大得多
[解析] 增加縫寬,可以使條紋間距減小;當障礙物的尺寸比光的波長大得多時,光的衍射現(xiàn)象不明顯,光將沿直線傳播.
1.(對衍射的理解)(多選)對衍射現(xiàn)象的定性分析正確的是(　 　)A.光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象B.衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果C.光的衍射現(xiàn)象為光的波動說提供了有力的證據(jù)D.光的衍射現(xiàn)象完全否定了光的直線傳播理論
[解析] 衍射現(xiàn)象是波繞過障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象,衍射條紋是波的疊加的結(jié)果,干涉、衍射是一切波所具有的特性,選項A、B、C正確;光的直線傳播只是近似的,只有在光的波長比障礙物尺寸小得多的情況下,光才被看作是沿直線傳播的,所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的,選項D錯誤.
2.(發(fā)生明顯衍射的條件)(多選)下列情況中能產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的是(　 　)A.光的波長比孔或障礙物的尺寸大得多B.光的波長與孔或障礙物的尺寸可相比C.光的波長等于孔或障礙物的尺寸大小D.光的波長比孔或障礙物的尺寸小得多
[解析] 發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物、縫、孔的尺寸可以與光的波長相比甚至比光的波長還小.
3.(光的干涉和衍射圖樣的區(qū)分)如圖4-5-8所示的四種明暗相間的條紋分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器和同一個單縫衍射儀器形成的圖樣(黑色部分表示亮紋,保持縫到屏的距離不變),其中屬于藍光的衍射圖樣的是(　　)
[解析] 條紋間距相等的圖樣屬于光的干涉圖樣,故A、C錯誤;條紋間距不相等的圖樣屬于衍射圖樣,由于紅光的波長大于藍光的波長,所以紅光的衍射圖樣中的中央亮條紋的寬度比藍光的大,故B正確,D錯誤.

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5 光的衍射

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