高中物理 第5章 光的干涉 衍射 偏振 第2節(jié) 光的衍射教師用書 魯科版選修3-4
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第2節(jié) 光的衍射 光 的 衍 射 [先填空] 1.光的衍射現(xiàn)象 光在傳播過程中,遇到障礙物或小孔時(shí),光將改變沿直線傳播的規(guī)律而繞到障礙物后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象. (1)單縫衍射:?jiǎn)紊馔ㄟ^狹縫時(shí),在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋,中央為亮條紋,中央條紋最寬、最亮,其余條紋向兩側(cè)逐漸變窄、變暗;白光通過狹縫時(shí),在屏上出現(xiàn)彩色條紋,中央為白色條紋. (2)圓孔衍射:光通過小孔時(shí)(孔很小)在屏幕上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán). 2.產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 在障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相差不多,甚至比光的波長(zhǎng)還要小的時(shí)候,就會(huì)出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象. 3.光的衍射現(xiàn)象和光的直線傳播的關(guān)系 光的直線傳播只是一個(gè)近似的規(guī)律,當(dāng)光的波長(zhǎng)比障礙物或小孔小得多時(shí),光可以看成沿直線傳播;在孔或障礙物尺寸可以跟波長(zhǎng)相比,甚至比波長(zhǎng)還要小時(shí),衍射現(xiàn)象就十分明顯. [再判斷] 1.衍射和干涉條紋都是明暗相間的,所以二者是一樣的.() 2.所有光都能發(fā)生衍射現(xiàn)象.(√) 3.紅光比紫光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象.(√) [后思考] 單縫的寬度會(huì)對(duì)衍射現(xiàn)象產(chǎn)生怎樣的影響? 【提示】 單縫寬度越小,衍射現(xiàn)象越明顯,但衍射條紋的亮度越?。? [核心點(diǎn)擊] 1.三種衍射圖樣 光的單縫衍射 圓孔的衍射 遮光板的衍射 圖521 2.單縫衍射與雙縫干涉的比較 1.關(guān)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(jié)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(gè)與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實(shí) E.入射波的波長(zhǎng)越大,越容易觀察到明顯的衍射現(xiàn)象 【解析】 衍射圖樣是復(fù)雜的光波的疊加現(xiàn)象,雙縫干涉中光通過三個(gè)狹縫時(shí)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(dāng)于波長(zhǎng)的條件,故A、B、E正確,C、D錯(cuò)誤. 【答案】 ABE 2.取3塊不透光的板,在每塊板的中間各開1個(gè)圓孔,3塊板所開的圓孔大小不一. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):78510059】 圓孔的衍射 圖522 (1)先用點(diǎn)光源照射圓孔最大的那塊板,在屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明亮的圓形光斑[圖(a)],這是________的結(jié)果. (2)再換上圓孔中等的那塊板[圖(b)],可以看到________________. (3)最后用圓孔最小(直徑約1 mm)的那塊板[圖(c)],可以看到衍射現(xiàn)象更明顯,這說明________________. 【解析】 (1)光沿直線傳播. (2)發(fā)生了衍射現(xiàn)象. (3)孔越小衍射越明顯. 【答案】 見解析 區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法 1.根據(jù)條紋的寬度區(qū)分:雙縫干涉的條紋是等寬的,條紋間的距離也是相等的,而單縫衍射的條紋,中央亮條紋最寬,而兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄. 2.根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分:雙縫干涉條紋,從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很小,而單縫衍射條紋的中央亮紋最亮,而兩側(cè)的亮紋逐漸變暗. 衍 射 對(duì) 分 辨 率 本 領(lǐng) 的 影 響 及 衍 射 光 柵 [先填空] 1.一個(gè)光學(xué)儀器的分辨率本領(lǐng)是指將兩個(gè)相互靠近的物體的象分離開來的能力. 2.光學(xué)顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器,其透鏡就相當(dāng)于小圓孔,透鏡直徑越小,產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯,分辨本領(lǐng)就越低. 3.衍射光柵 (1)結(jié)構(gòu):有許多等寬的狹縫等距離排列起來形成光學(xué)元件.狹縫的個(gè)數(shù)越多,衍射條紋的寬度越窄,亮度越亮. (2)衍射圖樣的特點(diǎn):與單縫衍射相比,衍射條紋的寬度變窄,亮度增加. (3)衍射光柵的種類:反射光柵和透射光柵. [再判斷] 1.顯微鏡的鏡頭越小其分辨本領(lǐng)越低.(√) 2.多縫干涉的結(jié)果使光柵衍射的寬度比單縫衍射時(shí)更寬.() 3.光柵的衍射圖樣是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果(√) [后思考] 為什么通過光柵后得到的條紋與雙縫干涉條紋不同? 【提示】 雙縫干涉是由于干涉光源通過雙縫后疊加產(chǎn)生的,通過光柵后在光屏上疊加的光具有同頻率及相位差恒定的干涉特點(diǎn),產(chǎn)生多縫干涉,也有單縫衍射.因此,其條紋是多縫干涉和單縫衍射條紋共同的結(jié)果,不同于雙縫干涉條紋. [核心點(diǎn)擊] 1.圓孔衍射圖樣 (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(huán),且越靠外,圓形亮條紋的亮度越弱,寬度越?。鐖D523所示. 圖523 (2)只有圓孔足夠小時(shí),才能得到明顯的衍射圖樣.在圓孔由較大直徑逐漸減小的過程中,光屏依次得到幾種不同現(xiàn)象——圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的象(小孔成象)、明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)、完全黑暗. (3)用不同色光照射圓孔時(shí),得到的衍射圖樣的大小和位置不同,波長(zhǎng)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,周圍是彩色同心圓環(huán). (5)圓孔越小,中央亮斑的直徑越大,同時(shí)亮度越弱. 2.不透明的小圓板衍射圖樣 (1)泊松亮斑圖樣中的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減?。? (2)與圓孔衍射圖樣比較 ①均是明暗相間的圓形條紋,中心均有亮斑. ②圓孔衍射圖樣中心亮斑較大,而泊松亮斑較小. ③圓孔衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而增大,圓板衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減?。? ④圓孔衍射圖樣的外側(cè)是黑暗的,而小圓板衍射圖樣的外側(cè)是明亮的. 3.關(guān)于光的衍射現(xiàn)象,下面說法正確的是( ) 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紅暗相間的直條紋 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,說明光沿著直線傳播,不存在光的衍射現(xiàn)象 E.透鏡的直徑越小,產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯,分辨本領(lǐng)就越低 【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,白光的衍射圖樣是彩色條紋.光照到不透明圓盤上,在其陰影處出現(xiàn)光點(diǎn),是衍射現(xiàn)象,光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分,D項(xiàng)中大光斑的邊緣模糊,正是衍射造成的,不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象.A、C正確,B、D錯(cuò)誤.透鏡相當(dāng)于圓孔,直徑越小,衍射現(xiàn)象越明顯,E正確. 【答案】 ACE 4.如圖524所示,甲、乙兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖象,其中圖甲是光的________(選填“干涉”或“衍射”)圖象.由此可以判斷出圖甲所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑________(選填“大于”或“小于”)圖乙所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑. 甲 乙 圖524 【解析】 甲圖是圓孔衍射圖樣,乙圖是光沿直線傳播通過圓孔形成的亮斑. 【答案】 衍射 小于 區(qū)分圓孔衍射和不透光圓盤衍射的圖樣 1.觀察中心圓心和中心圓環(huán):中心圓心處為小亮斑且中心圓環(huán)為較寬的暗環(huán)時(shí)為圓盤衍射;若中心為大且亮的圓形亮斑,中心圓環(huán)為細(xì)而窄的暗紋時(shí)為圓孔衍射. 2.觀察中心圓環(huán)外第一暗紋與周邊暗紋:第一暗紋寬于周邊暗紋的為圓盤衍射,第一暗紋細(xì)且暗的為圓孔衍射. 學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(十三) (建議用時(shí):45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1.下列現(xiàn)象中,能產(chǎn)生明顯衍射的是( ) A.光的波長(zhǎng)比孔或障礙物的尺寸大得多 B.光的波長(zhǎng)與孔或障礙物的尺寸差別不大 C.光的波長(zhǎng)等于孔或障礙物的尺寸 D.光的波長(zhǎng)比孔或障礙物的尺寸小得多 E.光的波長(zhǎng)比單縫的寬度小得多 【解析】 光能夠產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是:光的波長(zhǎng)與孔或障礙物的尺寸差別不大,或波長(zhǎng)明顯大于孔或障礙物的尺寸,故選A、B、C. 【答案】 ABC 2.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,如果( ) A.用白光作為光源,屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋 B.用紅光作為光源,屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋 C.用紅光照射一條狹縫,用紫光照射另一條狹縫,屏上將呈現(xiàn)彩色干涉條紋 D.用紫光作為光源,遮住其中一條狹縫,屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋 E.用白光作為光源遮住其中一條狹縫,屏上將呈現(xiàn)間距不等的彩色條紋 【解析】 用白光做楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn),屏上將呈現(xiàn)彩色條紋,A錯(cuò);用紅光作光源,屏上將呈現(xiàn)紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相同,B對(duì);紅光和紫光頻率不同,不能產(chǎn)生干涉條紋,C錯(cuò);用紫光作光源,遮住一條狹縫,屏上出現(xiàn)單縫衍射條紋,即間距不等的條紋,D對(duì)、B、D正確.白光發(fā)生單縫衍射會(huì)在屏上形成間距不等的彩色條紋,E正確. 【答案】 BDE 3.用卡尺觀察光的衍射現(xiàn)象時(shí),下列說法中正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):78510060】 A.卡尺形成的狹縫應(yīng)平行于日光燈,且狹縫遠(yuǎn)離日光燈,人眼也遠(yuǎn)離狹縫進(jìn)行觀察 B.卡尺狹縫平行于日光燈觀察時(shí),可觀察到中央為白色光帶,兩側(cè)為彩色光帶,且彩帶平行于日光燈 C.狹縫由0.5 mm寬度縮小到0.2 mm,條紋間距變寬,亮度變暗 D.狹縫由0.5 mm寬度擴(kuò)展到0.8 mm,條紋間距變寬,亮度變暗 E.由卡尺狹縫觀察到的彩色條紋間距是不均勻的 【解析】 用卡尺狹縫平行于日光燈,狹縫遠(yuǎn)離日光燈,眼睛應(yīng)靠近狹縫進(jìn)行觀察,觀察到平行于日光燈的彩色條紋,且中央為白色條紋,A錯(cuò)誤、B正確;狹縫越小,衍射現(xiàn)象越明顯,即條紋間距變寬,但亮度變暗,C正確、D錯(cuò)誤;衍射條紋間距是不均勻的,E正確. 【答案】 BCE 4.沙塵暴是由于土地的沙化引起的一種惡劣的氣象現(xiàn)象,發(fā)生沙塵暴時(shí)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(zhǎng)較短的一部分光才能到達(dá)地面 B.只有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的一部分光才能到達(dá)地面 C.只有頻率較大的一部分光才能到達(dá)地面 D.只有頻率較小的一部分光才能到達(dá)地面 E.紅光比紫光更容易穿過沙塵到達(dá)地面 【解析】 據(jù)光發(fā)生明顯衍射的條件,發(fā)生沙塵暴時(shí),只有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的一部分光線能到達(dá)地面,據(jù)λ=知,到達(dá)地面的光是頻率較小的部分.紅光比紫光波長(zhǎng)大,更容易穿過沙塵,E正確. 【答案】 BDE 5.如圖525所示,甲、乙、丙、丁四個(gè)圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣.分析各圖樣的特點(diǎn)可以得出的正確結(jié)論是( ) 圖525 A.甲、乙是光的干涉圖樣 B.丙、丁是光的衍射圖樣 C.形成甲圖樣光的波長(zhǎng)比形成乙圖樣光的波長(zhǎng)短 D.形成丙圖樣光的波長(zhǎng)比形成丁圖樣光的波長(zhǎng)短 E.形成丙圖樣光的波長(zhǎng)比 形成丁圖樣光的波長(zhǎng)長(zhǎng) 【解析】 由圖樣可得甲和乙是等間距的,丙和丁是不等間距的且中間最寬,所以甲和乙是干涉條紋,丙和丁是衍射條紋,A、B正確;其中甲比乙的條紋間距大,故形成甲圖樣光的波長(zhǎng)比形成乙圖樣光的波長(zhǎng)長(zhǎng),C項(xiàng)錯(cuò);丙比丁的條紋間距大,形成丙圖樣光的波長(zhǎng)比形成丁圖樣光的波長(zhǎng)長(zhǎng),D項(xiàng)錯(cuò),E項(xiàng)正確. 【答案】 ABE 6.觀察單縫衍射現(xiàn)象時(shí),把縫寬由0.2 mm逐漸增大到0.8 mm,看到的現(xiàn)象是衍射條紋的間距逐漸________,衍射現(xiàn)象逐漸________. 【解析】 由單縫衍射實(shí)驗(yàn)的調(diào)整與觀察可知,狹縫寬度越小,衍射現(xiàn)象越明顯,衍射條紋越寬,條紋間距也越大.本題的調(diào)整是將縫調(diào)寬,現(xiàn)象向相反的方向發(fā)展.故衍射條紋的間距逐漸變小,衍射現(xiàn)象逐漸不明顯. 【答案】 變小 不明顯 7.如圖526所示是4幅明暗相間的條紋圖樣,分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)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(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋).則下面的四幅圖從左到右排列,亮條紋的顏色依次是________. 圖526 【解析】 雙縫干涉條紋是等間距的條紋,單縫衍射條紋是中間最寬、兩邊越來越窄的條紋,因此1、3是干涉條紋,2、4是衍射條紋.干涉條紋中,光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),條紋越寬,因此1是紅光,3是藍(lán)光.同一單縫衍射中,波長(zhǎng)越長(zhǎng),條紋越寬,因此2是紫光,4是黃光. 【答案】 紅 紫 藍(lán) 黃 8.在觀察光的衍射實(shí)驗(yàn)中,分別觀察到如圖527甲、乙所示的清晰的明暗相間的圖樣,圖中黑線為暗紋.那么障礙物應(yīng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào):78510061】 甲 乙 圖527 甲圖對(duì)應(yīng)的障礙物應(yīng)是________, 乙圖對(duì)應(yīng)的障礙物應(yīng)是________. 【解析】 比較兩圖,它們的背景明顯不同,甲圖的背景為黑色陰影,說明障礙物應(yīng)是很大的不透明擋板,中間有透光并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋,說明擋板的中間有小圓孔;乙圖的背景為白色,說明周圍沒有障礙物,中間有不透光圓形陰影,并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋,說明中間存在很小的不透明圓板,乙圖正中央的小亮點(diǎn)是泊松亮斑. 【答案】 較大的中間有小圓孔的不透明圓板 很小的不透明圓板 [能力提升] 9.抽制細(xì)絲時(shí)可以用激光監(jiān)控其粗細(xì),如圖528所示,激光束越過細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同,則下列說法正確的是( ) 圖528 A.這是利用光的干涉現(xiàn)象 B.這是利用光的衍射現(xiàn)象 C.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變粗了 D.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變細(xì)了 E.用紅色激光比藍(lán)色激光得到的條紋更寬 【解析】 上述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件,故B正確;由衍射產(chǎn)生的條件可知:絲越細(xì)衍射現(xiàn)象越明顯,故D也正確;紅色激光比藍(lán)色激光波長(zhǎng)更長(zhǎng),E正確. 【答案】 BDE 10.如圖529所示,a、b兩束光以不同的入射角由介質(zhì)射向空氣,結(jié)果折射角相同,下列說法正確的是( ) 圖529 【導(dǎo)學(xué)號(hào):78510062】 A.b在該介質(zhì)中的折射率比a小 B.若用b做單縫衍射實(shí)驗(yàn),要比用a做中央亮條紋更寬 C.用a更易觀測(cè)到泊松亮斑 D.做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),用a光比用b光兩相鄰亮條紋中心的距離更大 E.b光比a光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 【解析】 設(shè)折射角為θ1,入射角為θ2,由題設(shè)條件知,θ1a=θ1b,θ2a<θ2b,由n=,知na>nb,A正確;因?yàn)閚a>nb,所以λa<λb,又Δx=λ,故Δxa<Δxb,B正確,D錯(cuò)誤;而波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射現(xiàn)象越明顯,C錯(cuò)誤.b光比a光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,E正確. 【答案】 ABE 11.用兩支鉛筆觀察白光的衍射實(shí)驗(yàn)中: (1)供觀察者用的光源應(yīng)用________(選填“點(diǎn)光源”“線光源”或“面光源”); (2)鉛筆狹縫應(yīng)與光源________(選填“平行或垂直”); (3)觀察的衍射圖樣中央條紋的顏色是________,兩側(cè)出現(xiàn)________; (4)狹縫變窄時(shí),條紋的間距變________,亮度變________. 【答案】 (1)線光源 (2)平行 (3)白色 彩色 (4)寬 暗 12.如圖5210所示,讓燭光照射到一塊遮光板上,板上有一個(gè)可自由收縮的三角形孔,當(dāng)此三角形孔緩慢地由大收縮變小直到閉合時(shí),試分析在孔后的屏上將先后出現(xiàn)的現(xiàn)象(遮住側(cè)面光). 圖5210 【解析】 當(dāng)三角形孔較大時(shí),屏上出現(xiàn)一個(gè)三角形光斑,如題圖甲所示,隨著三角形緩慢地收縮,光斑逐漸變?。划?dāng)三角形孔小到一定程度時(shí),屏上會(huì)出現(xiàn)倒立的燭焰,如題圖乙所示;繼續(xù)使三角形孔緩慢收縮,可以觀察到小孔衍射圖樣;當(dāng)孔閉合時(shí),屏上就會(huì)一片黑暗. 【答案】 見解析- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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