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5　光的衍射
學習任務一　光的衍射
[教材鏈接] 閱讀教材,填寫光的衍射的相關知識.
(1)衍射現象: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,這就是光的衍射現象.
(2)發生明顯衍射的條件:障礙物或孔的尺寸跟光的波長　　　　　　,甚至比光的波長　　　　,衍射現象十分明顯.
例1 (多選)對衍射現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生傳播的現象
B.衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結果
C.光的衍射現象為光的波動說提供了有力的證據
D.光的衍射現象完全否定了光的直線傳播理論
變式1 (多選)下列情況中能產生明顯衍射現象的是　(　)
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
【要點總結】
光在沒有障礙物的均勻介質中沿直線傳播,在障礙物的尺寸比光的波長大得多時,衍射現象不明顯,也可以認為光沿直線傳播.
學習任務二　三種不同的衍射現象
[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.
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,越向外,亮環亮度越低.
②白光的圓孔衍射圖樣中央亮環為白色,周圍是彩色圓環.
(3)泊松亮斑——障礙物的衍射現象
各種不同形狀的障礙物都能使光發生衍射,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,會發現在陰影中心有一個亮斑,這就是著名的泊松亮斑.
例2 如圖所示,A、B、C、D四個圖是某種單色光形成的干涉或衍射圖樣.請在四個圖當中找出與其他三個不同類型的圖樣 (　)
A　　B
C　　D
[反思感悟]

變式2 用如圖甲所示裝置做圓孔衍射實驗,在屏上得到的衍射圖樣如圖乙所示,實驗發現,光繞過孔的邊緣,傳播到了相當大的范圍.下列說法正確的是 (　)
A.此實驗說明了光不沿直線傳播且具有粒子性
B.用不同波長的光做實驗,衍射圖樣完全相同
C.若只將圓孔變小,則中央亮斑和亮紋的亮度反而變大
D.若只將圓孔變小,則屏上得到的衍射圖樣的范圍將會變大
學習任務三　單縫衍射與雙縫干涉的比較
[物理觀念]
種類 單縫衍射 雙縫干涉
不同點 產生 條件 只要縫或孔足夠小,任何光都能發生 頻率和振動方向相同、相位差恒定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 不相等 相等
亮度 中央條紋最亮,兩邊條紋變暗 條紋清晰,亮度基本相同
相同點 成因 干涉、衍射都形成明暗相間的條紋,條紋都是光波疊加時加強或削弱的結果
意義 干涉、衍射都是波特有的現象,表明光是一種波
例3 [2022·海亮高級中學月考] 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3 利用圖甲所示的裝置,觀察光的干涉、衍射現象,在光屏上得到圖乙和圖丙兩種圖樣.則 (　)
A.乙對應單縫,丙對應雙縫
B.乙對應雙縫,丙對應單縫
C.都是單縫,乙對應的縫寬較大
D.都是雙縫,乙的雙縫間距較大
變式4 某同學自己動手制作如圖所示的裝置觀察光的干涉現象,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上沒有出現干涉條紋;移去B后,在屏上出現不等間距條紋,此條紋是由　　　　　　　　　產生的.
(2)移去A后,遮住縫S1與縫S2中的任一個,C上均出現一窄亮斑,出現以上實驗結果的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(3)若光通過縫S1或縫S2后在C上依次出現如圖甲、乙、丙、丁所示條紋,說明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
1.( 光的衍射)讓太陽光垂直照射一塊大的遮光板,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　　 (　)
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,明暗相間的黑白色條紋,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
2.(光的干涉和衍射圖樣的區分)如圖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 (　)
3.(衍射光柵)(多選)關于衍射光柵,下列說法正確的是 (　)
A.衍射光柵是由許多等寬度的狹縫組成的
B.衍射光柵分為透射光柵和反射光柵兩類
C.透射光柵中刻痕的部分相當于透光的狹縫
D.透射光柵中未刻痕的部分相當于透光的狹縫
5　光的衍射
[教材鏈接] (1)相當寬　(2)相當　還小
例1　ABC　[解析] 衍射現象是波繞過障礙物發生傳播的現象,衍射條紋是波的疊加的結果,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,所以光的衍射現象和直線傳播是不矛盾的,選項D錯誤.
變式1　ABC　[解析] 發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.
例2　B　[解析] 干涉圖樣的條紋間距相等,衍射圖樣的中央條紋最寬,所以B是光的干涉圖樣,A單縫衍射,C圓孔衍射,D是泊松亮斑(圓盤衍射),故B符合題意.
變式2　D　[解析] 此實驗說明了光的衍射現象,且光具有波動性,A錯誤;用不同波長的光做實驗,衍射圖樣并不相同,因為波長越長,對同一圓孔而言,衍射現象越明顯,B錯誤;圓孔變小,透光強度變小,中央亮斑和亮紋的亮度變弱,C錯誤;圓孔變小,衍射現象更明顯,衍射圖樣的范圍反而變大,D正確.
例3　B　[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,根據雙縫干涉條紋間距Δx=λ可知,波長λ越大,則Δx越大,故左邊第一個是紅光的,第三個是藍光的;單縫衍射條紋是中間明亮且寬大,越向兩側寬度越小越暗,且波長越大,則中央亮條紋越粗,選項B正確.
變式3　A　[解析] 單縫衍射圖樣為中央亮紋最寬最亮,往兩邊變窄,雙縫干涉圖樣是明暗相間的條紋,條紋間距相等,條紋寬度相等,結合圖乙、丙可知,乙對應單縫,丙對應雙縫,A正確,B、C、D錯誤.
變式4　(1)光的衍射　(2)雙縫S1、S2太寬　(3)縫S1或縫S2越來越窄
[解析] (1)移去B后,只剩下單縫,發生單縫衍射現象,形成不等間距的條紋,故此條紋是由光的衍射產生的.
(2)沒有出現明暗相間的條紋,只出現一個窄亮斑,說明衍射現象不明顯,其主要原因是雙縫S1、S2太寬.
(3)從四張單縫衍射圖樣可以看出,由圖甲到圖丁,衍射現象越來越明顯,說明縫S1或S2越來越窄.
隨堂鞏固
1.D　[解析] 三角形孔稍大時,根據光的直線傳播規律,可知屏上呈現的是三角形光斑;逐漸減小三角形孔,到一定程度又符合小孔成像原理,屏上呈現小圓形光斑,即太陽的像;再減小三角形孔,至其大小與光的波長可比時,屏上又會呈現出彩色條紋,這是光通過小孔后的衍射圖樣.D正確.
2.B　[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.
3.ABD　[解析] 衍射光柵是由許多等寬度的狹縫組成的,分為透射光柵和反射光柵兩類,對于透射光柵來說,當光照到刻痕上時,由于光發生漫反射而不太透光,未刻痕的部分相當于透光的狹縫,故A、B、D正確,C錯誤.

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