學習目標
02
預習導學
（一）課前閱讀：
衍射明顯程度的決定因素、明顯衍射的條件、雙縫干涉
（二）基礎梳理
（三）預習作業(yè)
1．判斷題
(1)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。( )
(2)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。( )
答案：
(1)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。(×)
(2)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。(×)
2．如圖所示的4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單縫衍射儀器形成的圖樣(灰黑色部分表示亮條紋)。則屬于藍光的干涉圖樣的是( )
[答案] C
[解析] 雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有亮條紋寬度相同且等間距，根據(jù)雙縫干涉條紋間距Δx＝eq \f(l,d)λ可知，波長λ越大，Δx越大，故A項是紅光的，C項是藍光的。單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側寬度越小越暗，而波長越大，中央亮條紋越寬，故從左向右依次是紅光(雙縫干涉)、藍光(單縫衍射)、藍光(雙縫干涉)和紅光(單縫衍射)。由以上分析可知，應選C。
03
探究提升
環(huán)節(jié)一 光的衍射
思考：1．利用圖1所示的裝置(示意圖)，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣.下列關于P處放置的光學元件說法正確的是( )
圖1
圖2
A.甲對應單縫，乙對應雙縫
B.甲對應雙縫，乙對應單縫
C.都是單縫，甲對應的縫寬較大
D.都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大
答案 A
解析 由題圖中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，A項正確，B、C、D項錯誤.
2．下列圖樣中有泊松亮斑的是 ( )
答案：A
解析：光照射在寬度小于或等于光源波長的小圓盤或小圓珠上時,會在后邊的光屏上出現(xiàn)環(huán)狀的互為同心圓的衍射條紋,在適當?shù)木嚯x上,影的中心會出現(xiàn)一個亮斑,所以A是泊松亮斑,其他的三個都不是,故A正確,B、C、D錯誤。
環(huán)節(jié)二 光的衍射的應用
問題探究1：（多選）霧霾天氣嚴重影響人們的身體健康，霧霾天氣時能見度只有幾米，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
答案 BD
解析 根據(jù)光發(fā)生明顯衍射的條件，霧霾天氣時，只有波長較長、頻率較小的一部分光發(fā)生衍射繞過空氣中的顆粒物到達地面，選項A、C錯誤，B、D正確.
問題探究2：（多選）抽制高強度纖維細絲可用激光監(jiān)控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同．觀察光束經(jīng)過細絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細絲粗細的變化，下列敘述中正確的是( )
A．這里應用的是光的衍射現(xiàn)象
B．這里應用的是光的干涉現(xiàn)象
C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗
D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細
答案 AD
解析 由于是激光束越過細絲即繞過障礙物，所以是光的衍射現(xiàn)象，當抽制的絲變細的時候，絲的直徑較接近激光的波長，條紋間距就大，A、D對。
04
體系構建
單縫衍射與雙縫干涉的比較
光的干涉和衍射的本質
光的干涉和衍射都屬于波的疊加，從本質上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的。
05
記憶清單
一、光的衍射
★學習聚焦：
對光的衍射的理解
(1)波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別。
(2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看做是沿直線傳播的。
二、光的衍射的應用
★學習聚焦：了解衍射光柵。
0601
強化訓練
1、在雙縫干涉實驗中，屏上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，則( )
A．中間條紋間距較兩側更寬
B．不同色光形成的條紋完全重合
C．雙縫間距離越大條紋間距離也越大
D．遮住一條縫后屏上仍有明暗相間的條紋
解析：選D 據(jù)干涉圖樣的特征可知，干涉條紋特征是等間距、彼此平行，故選項A錯誤；不同色光干涉條紋分布位置不相同，因此選項B錯誤；據(jù)公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，雙縫間距d越大，干涉條紋距離越小，故選項C錯誤；遮住一條縫后，變成了單縫衍射，屏上仍有明暗相間的條紋，故選項D正確。
2、在觀察光的衍射現(xiàn)象的實驗中，通過緊靠眼睛的卡尺測腳形成的狹縫，觀看遠處的線狀白熾燈絲(燈管或燈絲都要平行于狹縫)，可以看到( )
A．黑白相間的直條紋 B．黑白相間的弧形條紋
C．彩色的直條紋 D．彩色弧形條紋
答案：C
解析：白熾燈發(fā)出的是復色光，其中各種色光的波長不同，產(chǎn)生的衍射條紋間距不同，各單色光相互疊加，成為彩色直條紋。
3．讓太陽光垂直照射一塊遮光板，板上有一個可以自由收縮的三角形孔，當此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時，在孔后的屏上將先后出現(xiàn)( )
A．由大變小的三角形光斑，直至光斑消失
B．由大變小的三角形光斑、明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失
C．由大變小的三角形光斑，明暗相間的條紋，直至黑白色條紋消失
D．由大變小的三角形光斑，小圓形光斑，明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失
答案 D
解析 當孔足夠大時，由于光的直線傳播，所以屏上首先出現(xiàn)的是三角形光斑，之后隨著孔的繼續(xù)縮小，出現(xiàn)小孔成像，成的是太陽的像，故為小圓形光斑，隨著孔的進一步縮小，當尺寸與光波波長相當時，出現(xiàn)明暗相間的衍射條紋，最后隨孔的閉合而全部消失，所以只有D正確．
4、（多選）由a、b兩種單色光構成的復色光束從水中斜射入空氣中的光路圖如圖所示，關于a、b兩種單色光，下列說法正確的是( )
A.從同種介質中斜射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角小于b光的臨界角
B.在同種介質中傳播，a光傳播速度大于b光傳播速度
C.相同條件的雙縫干涉實驗中，a光的相鄰亮條紋間距比b光的相鄰亮條紋間距小
D.通過同一狹縫，a光的衍射現(xiàn)象比b光的衍射現(xiàn)象更明顯
答案 BD
解析 由題圖可知b光的折射程度較大，可知水對b光的折射率較大，根據(jù)sin C＝eq \f(1,n)可知，從同種介質中斜射入空氣發(fā)生全反射時，b光的臨界角小于a光的臨界角，選項A錯誤；根據(jù)v＝eq \f(c,n)可知，在同種介質中傳播，a光傳播速度大于b光傳播速度，選項B正確；b光的折射率較大，則b光波長較短，根據(jù)Δx＝eq \f(l,d)λ可知，相同條件的雙縫干涉實驗中，b光的相鄰亮條紋間距比a光的相鄰亮條紋間距小，選項C錯誤；b光波長較短，則通過同一狹縫，a光的衍射現(xiàn)象比b光的衍射現(xiàn)象更明顯，選項D正確.
5.（多選）下列有關光現(xiàn)象的說法中正確的是( )
A．無影燈是利用光的衍射原理
B．刮胡刀刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象
C．水的視深比實際深度淺是光的全反射現(xiàn)象
D．光導纖維內芯材料的折射率比外套材料的折射率大
解析：選BD 無影燈是利用光的直線傳播原理，選項A錯誤；刮胡刀刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象，選項B正確；水的視深比實際深度淺是光的折射現(xiàn)象，選項C錯誤；光導纖維內芯材料的折射率比外套材料的折射率大，選項D正確。
6．（多選）做單縫衍射實驗和雙縫干涉實驗時，用激光比普通光源效果更好，圖象更清晰。如圖甲所示，如果將感光元件置于光屏上，則不僅能在光屏上看到彩色條紋，還能通過感光元件中的信號轉換，在電腦上看到光強的分布情況。下列說法正確的是( )
A．做單縫實驗時，光強分布圖如乙所示
B．做單縫實驗時，光強分布圖如丙所示
C．做雙縫實驗時，光強分布圖如乙所示
D．做雙縫實驗時，光強分布圖如丙所示
答案：AD
解析：雙縫干涉條紋等間距，單縫衍射條紋一定不等間距，即中央寬、兩邊窄的明暗相間的條紋。若做單縫實驗時，光強分布圖如乙所示，故A正確、B錯誤；若做雙縫實驗時，光強分布圖如丙所示，故C錯誤、D正確。
7.（多選）關于衍射，下列說法正確的是( )
A．衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后產(chǎn)生的結果
B．雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象
C．一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象
D．影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實
答案：AB
解析：衍射圖樣是復雜的光波的疊加現(xiàn)象，雙縫干涉中光通過二個狹縫時均發(fā)生衍射現(xiàn)象，一般現(xiàn)象中既有干涉又有衍射。一切波都能發(fā)生衍射，但要發(fā)生明顯的衍射，需要滿足障礙物的尺寸小于或相當于波長的條件。
8．使太陽光垂直照射到一塊遮光板，板上有可以自由收縮的正方形孔，孔的后面放置一個光屏，在正方形孔逐漸變小直至閉合的過程中，光屏上依次可以看到幾種不同的現(xiàn)象，試把下列現(xiàn)象依次排列：________。
A．圓形光斑
B．明暗相間的彩色條紋
C．變暗消失
D．正方形光斑
E．正方形光斑由大變小
答案：DEABC
解析：由于光的波長很短，因此當孔很大時，不會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，此時光可看做是近似直線傳播，在屏上得到孔的影；當孔繼續(xù)減小時，雖不能使光發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，但可以在屏上得到太陽的像，即小孔成像；孔再繼續(xù)減小時，光開始發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，出現(xiàn)明暗相間的彩色條紋；孔進一步減小直到閉合時，由于穿過光的能量減小而使光線變暗直至消失。
9.中國女科學家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素而獲得2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，屠呦呦也成為首位獲得該獎的中國人在研究青蒿素的化學結構時，研究人員用比可見光波長更短的X射線照射最終確定了其化學結構。在做單縫衍射實驗時，下列說法不正確的是（ ）
A．將入射光由可見光換成X射線，衍射條紋間距變窄
B．換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬
C．衍射條紋中央條紋最寬
D．用白光照射單縫時，屏上不會出現(xiàn)彩色條紋
答案：D
10.在一次觀察光衍射的實驗中，觀察到如圖所示的清晰的明暗相間圖樣（黑線為暗紋），那么障礙物應是（ ）
A．很小的不透明的圓盤
B．很大的中間有大圓孔的不透明的圓盤
C．很大的不透明圓盤
D．很大的中間有小圓孔的不透明的圓盤
答案：D
11.關于下列四幅圖所涉及的光學知識中，說法正確的是（ ）
A．圖甲檢查工件的平整度利用光的衍射現(xiàn)象
B．圖乙醫(yī)用內窺鏡利用光的干涉現(xiàn)象
C．圖丙在坦克內壁上開孔安裝玻璃利用光的折射現(xiàn)象擴大視野
D．圖丁泊松亮斑是由于光的偏振現(xiàn)象產(chǎn)生的
答案：C
12.分析以下現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：
（1）通過盛水的玻璃杯，在適當?shù)慕嵌?，可看到彩色光?br>（2）隔著帳?？催h處的燈，見到燈周圍輻射彩色的光芒；
（3）光線照在花布上，可以看見花布上的圖樣。
答案：(1)白光通過盛水的玻璃杯發(fā)生折射，在適當?shù)慕嵌?，各色光分離較大，可看到彩色光。
(2)遠處燈發(fā)出的光經(jīng)過帳幔的縫隙，產(chǎn)生衍射，因此可見到燈周圍輻射彩色的光芒。
(3)光線照在花布上看見花布的圖樣，是由于光的反射與吸收的結果?；ú际怯筛鞣N顏色的花紋組成的，當白光照在花布上時，紅色花紋反射紅色光，吸收其他顏色的光，這樣我們在該位置只看到紅色，同理可以看到各種花紋反射的各種顏色的光，這樣就可以看到花布的圖樣。
13.2021年央視春晚首次采用5G信號“云”傳播方式，使“云”觀眾、“云”演員和春晚互動起來。5G是“第五代移動通信技術”的簡稱。5G信號一般采用 SKIPIF 1 < 0 頻段的無線電波，而現(xiàn)行第四代移動通信技術4G的頻段范圍是 SKIPIF 1 < 0 ，則在真空中5G信號的波長一定______（填“大于”“小于”或“等于”）4G，空間傳播的5G信號和4G信號______（填“能”或“不能”）產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，5G信號在傳輸過程中更______（填“容易”或“難”）繞過障礙物。
答案： 小于 不能 難
課程標準
學習目標
觀察光的衍射現(xiàn)象，了解現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道其在生產(chǎn)生活中的應用。
1．知道衍射明顯程度的決定因素。
2．知道明顯衍射的條件。
3．了解單縫衍射和泊松亮斑。
一、光的衍射
1.光的衍射
發(fā)生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長 的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯.
2.光的干涉和衍射的本質
光的干涉和衍射都屬于光的 ，從本質上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列 相同的光波，在屏上疊加形成的.
3．如圖所示，當用激光照射直徑小于激光束的不透明圓盤時，在圓盤后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個亮斑．這是光的________(填“干涉”“衍射”或“直線傳播”)現(xiàn)象，這一實驗支持了光的________(填“波動說”“微粒說”或“光子說”)．
答案：1.光的衍射
發(fā)生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯.
2.光的干涉和衍射的本質
光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的.
3．答案 衍射 波動說
解析 圓盤后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個亮斑，一定不是光的直線傳播現(xiàn)象造成的，是光在傳播過程中繞過障礙物形成的現(xiàn)象，屬于光的衍射，衍射是波的特性，所以這一實驗支持了光的波動說．
【概念銜接】疊加、干涉、雙縫干涉
【拓展補充】衍：繞，繁衍
【即學即練】1.對衍射現(xiàn)象的定性分析,不正確的是( )
A.光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象
B.衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結果
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)象完全否定了光沿直線傳播的結論
答案：D
解析：光的衍射是光繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,衍射條紋是光波疊加的結果,干涉、衍射是波所特有的現(xiàn)象,所以選項A、B、C正確。光的衍射現(xiàn)象沒有否定光沿直線傳播的結論,所以選項D錯誤。
2.如圖所示的4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形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋).在下面的4幅圖中從左往右排列，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
答案 B
解析 雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬、最亮之外，兩側條紋亮度、寬度都逐漸減小，因此1、3為雙縫干涉條紋，2、4為單縫衍射條紋.相鄰亮條紋間距Δx＝eq \f(l,d)λ，紅光波長比藍光波長長，則紅光干涉條紋間距大于藍光干涉條紋間距，即1、3分別對應于紅光和藍光.而在單縫衍射中，當單縫寬度一定時，波長越長，衍射越明顯，即中央條紋越寬越亮，黃光波長比紫光波長長，即2、4分別對應于紫光和黃光.綜上所述，1、2、3、4四個圖中亮條紋的顏色依次是：紅、紫、藍、黃，B正確.
【微點撥】注意雙縫干涉和單縫衍射條紋的區(qū)別
二、光的衍射的應用
1．衍射光柵
2. x射線衍射
【概念銜接】衍射
【拓展補充】透射光柵、反射光柵
【即學即練】1.當游客站在峨眉山山頂背向太陽而立，而前下方又彌漫云霧時，有時會在前下方的天幕上看到一個外紅內紫的彩色光環(huán)，這就是神奇的“佛光現(xiàn)象”。佛光是一種奇特的自然現(xiàn)象，當陽光照射較厚的云層時，日光射透云層后，會受到云層深處水滴或冰晶的反射，這種反射在穿過云霧表面時，在微小的水滴邊緣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。那么，下述現(xiàn)象中與“佛光”現(xiàn)象成因相同的是( )
A．雨后的彩虹
B．孔雀羽毛在陽光下色彩斑斕
C．路面上的油膜陽光下呈現(xiàn)彩色
D．陽光照射下，樹影中呈現(xiàn)一個個小圓形光斑
解析：選B “佛光”現(xiàn)象屬于衍射現(xiàn)象，孔雀羽毛色彩斑斕也屬于衍射現(xiàn)象，B項正確。A項屬于光的折射，C項屬于光的干涉，D項屬于小孔成像，故A、C、D均不正確。
2.（多選）下列說法正確的是（ ）
A．增加光柵的狹縫的個數(shù)，亮條紋變窄
B．增加光柵的狹縫的個數(shù)，亮條紋變寬
C．增加光柵的狹縫的個數(shù)，條紋亮度變暗
D．增加光柵的狹縫的個數(shù)，條紋亮度變亮
答案：AD
【微點撥】衍射紋的形成利用了干涉
單縫衍射
雙縫干涉
不同點
條紋寬度
條紋寬度不等，
中央最寬
條紋寬度相等
條紋間距
各相鄰條紋間距不等
各相鄰條紋等間距
亮度情況
中央條紋最亮，
兩邊變暗
條紋清晰，亮度基本相同
相同點
干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋

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5 光的衍射

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