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5　光的衍射
[學習目標]　1.知道光的衍射現象，了解產生明顯衍射現象的條件(重點)。2.知道衍射條紋的特點，會區分衍射條紋和干涉條紋(重難點)。
一、光的衍射
1．用單色平行光照射狹縫，當縫很________時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了____________的地方。這就是光的衍射現象。
2．各種不同形狀的障礙物都能使光發生____，致使影的輪廓____________________，出現________________的條紋。
3．發生明顯衍射現象的條件：在障礙物或狹縫的尺寸足夠____________的時候，衍射現象十分明顯。
有同學說：“光照到較大圓孔上出現大光斑，說明光沿著直線傳播，光不再發生衍射現象”，這種說法對嗎？
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三種衍射圖樣的特點：
1．單縫衍射
(1)單色光通過狹縫時，在屏上出現明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時，在屏上出現彩色條紋，中央為白色條紋。
(2)波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大。
2.圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時，在光屏上出現明暗相間的圓環。如圖所示。
(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小。
(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱。
(3)用不同單色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮斑的直徑越大。
(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色的同心圓環。
3．圓板衍射(泊松亮斑)
(1)若在單色光傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發現在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑。衍射圖樣如圖所示。
(2)中央是亮斑(與圓孔衍射圖樣中心亮斑比較，泊松亮斑較小)，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環。
(1)衍射條紋和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的。(　　)
(2)只有波長長的光才發生衍射現象。(　　)
(3)白光的單縫衍射圖樣是黑白相間的直條紋。(　　)
例1　(2023·江蘇南通市高二期中)太陽光照射一塊遮光板，遮光板上有一個大的三角形孔，太陽光透過這個孔，在光屏上形成一個三角形光斑。當遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時，光屏上會呈現①圓形光斑；②三角形光斑；③明暗相間的衍射條紋，則(　　)
A．光屏上先后呈現的圖樣順序是①②③
B．光屏上先后呈現的圖樣順序是①③②
C．由于光的直線傳播產生的圖樣有①②
D．由于光的直線傳播產生的圖樣有②③
例2　如圖所示，甲、乙、丙、丁四幅圖是不同的單色光通過同一雙縫或單縫形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點可以得出的正確結論是(　　)
A．甲、乙是光的衍射圖樣
B．丙、丁是光的衍射圖樣
C．形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長短
D．形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣的光的波長短
針對訓練　(2022·連云港市高二期末)如圖所示，甲、乙、丙、丁四個圖是單色光形成的干涉或衍射圖樣，根據各圖樣的特點可知(　　)
A．甲圖是光的衍射圖樣
B．乙圖是光的干涉圖樣
C．丙圖是光射到圓孔后的干涉圖樣
D．丁圖是光射到圓板后的衍射圖樣
單縫衍射與雙縫干涉的比較
　　種類 項目 單縫衍射 雙縫干涉
不同點 產生條件 狹縫足夠小(發生明顯衍射) 頻率相同的兩列光波相遇疊加
條紋寬度 條紋寬度不等，中央條紋最寬 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 中央條紋最亮，越向兩側條紋越暗 各條紋亮度基本相同
相同點 干涉、衍射都是波特有的現象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋
例3　(2023·江蘇淮安市高二期中)抽制高強度纖維細絲可用激光監控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時產生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規律相同。觀察光束經
過細絲后在光屏上所產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．這里應用的是光的直線傳播現象
B．這里應用的是光的干涉現象
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
二、衍射光柵
1．構成
衍射光柵是由許多________的狹縫____________地排列起來形成的光學元件。
2．原理
增加狹縫的個數，衍射條紋的寬度將變____________，亮度將________。
3．透射光柵和反射光柵
在一塊很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕產生漫反射而不太透光，未刻的部分相當于透光的狹縫，這樣就做成了________光柵。如果在高反射率的金屬上刻痕，就可以做成________光柵。
例4　關于衍射光柵，下列說法正確的是(　　)
A．衍射光柵是由許多不等寬的狹縫組成的
B．減少狹縫的個數，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將會增強
C．透射光柵中有刻痕的部分相當于透光的狹縫
D．當光通過光柵時，每個狹縫均起到單縫衍射的作用
5　光的衍射
[學習目標]　1.知道光的衍射現象，了解產生明顯衍射現象的條件(重點)。2.知道衍射條紋的特點，會區分衍射條紋和干涉條紋(重難點)。
一、光的衍射
1．用單色平行光照射狹縫，當縫很窄時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當寬的地方。這就是光的衍射現象。
2．各種不同形狀的障礙物都能使光發生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現明暗相間的條紋。
3．發生明顯衍射現象的條件：在障礙物或狹縫的尺寸足夠小的時候，衍射現象十分明顯。
有同學說：“光照到較大圓孔上出現大光斑，說明光沿著直線傳播，光不再發生衍射現象”，這種說法對嗎？
答案　不對。衍射現象一定會發生，大光斑說明光是沿直線傳播的，衍射現象不明顯，但大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的。
三種衍射圖樣的特點：
1．單縫衍射
(1)單色光通過狹縫時，在屏上出現明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時，在屏上出現彩色條紋，中央為白色條紋。
(2)波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大。
2.圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時，在光屏上出現明暗相間的圓環。如圖所示。
(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小。
(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱。
(3)用不同單色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮斑的直徑越大。
(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色的同心圓環。
3．圓板衍射(泊松亮斑)
(1)若在單色光傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發現在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑。衍射圖樣如圖所示。
(2)中央是亮斑(與圓孔衍射圖樣中心亮斑比較，泊松亮斑較小)，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環。
(1)衍射條紋和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的。(　×　)
(2)只有波長長的光才發生衍射現象。(　×　)
(3)白光的單縫衍射圖樣是黑白相間的直條紋。(　×　)
例1　(2023·江蘇南通市高二期中)太陽光照射一塊遮光板，遮光板上有一個大的三角形孔，太陽光透過這個孔，在光屏上形成一個三角形光斑。當遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時，光屏上會呈現①圓形光斑；②三角形光斑；③明暗相間的衍射條紋，則(　　)
A．光屏上先后呈現的圖樣順序是①②③
B．光屏上先后呈現的圖樣順序是①③②
C．由于光的直線傳播產生的圖樣有①②
D．由于光的直線傳播產生的圖樣有②③
答案　C
解析　發生明顯衍射現象的條件是：光波傳播過程中碰到的障礙物或者小孔要比波長小或者差不多。由于光波波長很短，當遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時，由于光在小孔較大的情況下沿直線傳播，所以一開始是三角形光斑，當小孔較小時呈圓形光斑；由于光波波長很短，在小孔接近閉合時會出現衍射條紋，故C正確，A、B、D錯誤。
例2　如圖所示，甲、乙、丙、丁四幅圖是不同的單色光通過同一雙縫或單縫形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點可以得出的正確結論是(　　)
A．甲、乙是光的衍射圖樣
B．丙、丁是光的衍射圖樣
C．形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長短
D．形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣的光的波長短
答案　B
解析　干涉條紋是等間距的條紋，因此題圖甲、乙是干涉圖樣，題圖丙、丁是衍射圖樣，故B正確，A錯誤；
由Δx＝λ可知，條紋寬的入射光的波長長，所以形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長長，故C錯誤；
形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣的光的波長長，故D錯誤。
針對訓練　(2022·連云港市高二期末)如圖所示，甲、乙、丙、丁四個圖是單色光形成的干涉或衍射圖樣，根據各圖樣的特點可知(　　)
A．甲圖是光的衍射圖樣
B．乙圖是光的干涉圖樣
C．丙圖是光射到圓孔后的干涉圖樣
D．丁圖是光射到圓板后的衍射圖樣
答案　D
解析　題圖甲中條紋間距相等，是光的雙縫干涉圖樣，故A錯誤；題圖乙中中間亮條紋最寬，向外條紋變窄，間距變小，是光的單縫衍射圖樣，故B錯誤；題圖丙為圓孔衍射圖樣，故C錯誤；題圖丁是光射到圓板后的衍射圖樣(泊松亮斑)，故D正確。
單縫衍射與雙縫干涉的比較
種類 項目 單縫衍射 雙縫干涉
不同點 產生條件 狹縫足夠小(發生明顯衍射) 頻率相同的兩列光波相遇疊加
條紋寬度 條紋寬度不等，中央條紋最寬 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 中央條紋最亮，越向兩側條紋越暗 各條紋亮度基本相同
相同點 干涉、衍射都是波特有的現象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋
例3　(2023·江蘇淮安市高二期中)抽制高強度纖維細絲可用激光監控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時產生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規律相同。觀察光束經過細絲后在光屏上所產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．這里應用的是光的直線傳播現象
B．這里應用的是光的干涉現象
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　D
解析　當障礙物的尺寸與波的波長相當，或小于波的波長，會發生明顯衍射現象，該裝置的原理是運用光的衍射現象，如果屏上條紋變寬，則纖維細絲變細，故D正確，A、B、C錯誤。
二、衍射光柵
1．構成
衍射光柵是由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學元件。
2．原理
增加狹縫的個數，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將增加。
3．透射光柵和反射光柵
在一塊很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕產生漫反射而不太透光，未刻的部分相當于透光的狹縫，這樣就做成了透射光柵。如果在高反射率的金屬上刻痕，就可以做成反射光柵。
例4　關于衍射光柵，下列說法正確的是(　　)
A．衍射光柵是由許多不等寬的狹縫組成的
B．減少狹縫的個數，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將會增強
C．透射光柵中有刻痕的部分相當于透光的狹縫
D．當光通過光柵時，每個狹縫均起到單縫衍射的作用
答案　D
解析　衍射光柵由一系列等寬的平行刻痕或狹縫組成，刻痕處發生漫反射而不透光，未刻痕的部分相當于透光的狹縫，故A、C錯誤；減少狹縫的個數，衍射條紋的寬度將變寬，亮度將會減弱，B錯誤；當光通過光柵的狹縫時，光線發生衍射現象，D正確。

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