高中物理-光的衍射导学案

【学习目标】

1、观察光的衍射现象

2、知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件

3、能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析

4、初步了解衍射光栅

【重点难点】

光的衍射的条件

【课前预习】

1.光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。

2.产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与光波的波长相差不大，或者小于光波的波长。

3.当光照到不透光的小圆板时，在阴影的中心会出现一个亮斑,称为泊松亮斑；照射不透明光屏上开的足够小的圆孔时，在另一屏上会出现亮暗相间的圆环。

【预习检测】

1、关于衍射的下列说法中正确的是（）

A、衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果

B、双红干涉中也存在衍射现象

C、一切波都很容易发生明显的衍射现象

D、影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实

2、用一只灯泡照亮一个带有孔径可调的圆孔的遮光板，如果圆孔的直径由几厘米逐渐减小到零，则遮光板后面光屏上：先出现（），接着出现（），再出现（），最后是（）．

3、用红光进行双缝干涉实验时，如果用不透光的纸遮住其中的一条缝，则屏上出现：（）

A、无条纹，只是一片红光；

B、既无条纹，也不是一片红光，而是光源的像

C、原干涉条纹形状不变，只是亮度减弱

D、仍然有明暗相间的条纹，但与原来的不一样

4、用游标卡尺观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，看到的现象是：（）

A、衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显；

B、衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明财

C、衍射条纹的间距不变，只是亮度增强Z

D、以上现象都不会发生5、关于光的干涉和衍射现象，下述说法正确的是：（）

A、光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理；

B、光的干涉条纹里彩色的，衍射条纹是黑白相间的；

C、光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象说明光具有粒子性；

D、光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果

【预习检测】

1、AB

2、圆形亮斑；灯丝倒像；圆环形的衍射图样；屏上一片黑暗

3、D

4、A

5、D

▲堂中互动▲

【典题探究】

例1在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是（）

A.将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄

B.使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄

C.换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽

D.增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽

解析：当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽.故选项A、C、D正确.

答案：A、C、D

拓展：通过光屏观察衍射条纹与用眼睛直接观察衍射条纹的情况是有所不同的.单缝到屏的距离增大时，屏上条纹间距变大，亮度变弱，条纹数目不变（屏足够大）；如果用眼睛直接观察，眼睛必须靠近单缝，当略微增大眼睛与单缝距离时，观察到的条纹间距也会略大，而条纹数目将减少，因为眼睛的受光面很小（相当于光屏很小），所以当眼睛与单缝的距离过大时，就观察不到衍射条纹.

例2某同学把卡尺间的窄缝调节到0.5 mm去观察某一线光源，看到了彩色条纹.他把缝的宽度增加到0.8 mm，再观察同一光源，看到的现象是但亮度增大.若他把缝的宽度减小到0.2 mm，则看到的现象是_____________________________________.这说明在衍射现象中，衍射图样条纹的宽度及亮度与______________有关，当其_____________时，衍射现象更为明显.

解析：当窄缝宽度变窄时，它和光波的波长越接近，衍射现象越明显，同时通过窄缝的光能越

少，到达光屏上的宽度越宽，亮度就越弱.

答案：彩色条纹变窄、彩色条纹变宽但亮度减弱、单缝宽度、变窄

例3如图所示，A、B两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图象，其中图A是光的______（填“干涉”或“衍射”）图象.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径_______（填“大于”或“小于”）图B所对应的圆孔的孔径.

解析：A中出现明暗相间的条纹，是衍射现象，只有障碍物或孔的尺寸

和光波波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象.图A是光的衍射图

样，由于光波波长很短，约在10-7的数量级上，所以图A对应的圆孔的孔径比图B所对应的圆孔的孔径小.图B的形成可以用光的直线传播解释.

答案：衍射小于

拓展：光发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸和光波波长相差不多，而当障碍物或孔的尺寸比光波波长大得多时，衍射现象不明显.

例4声波比光波容易产生明显的衍射，原因是（）

A.声波是纵波，光波是横波

B.声波是机械波，光波是电磁波

C.一般障碍物尺寸跟声波波长相近而比光波波长大得太多

D.声波必须通过介质传播，而光波可以在真空中传播

解析：产生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸能与波长相近，声波的波长比光波的波长大，与一般障碍物尺寸相近，容易满足衍射条件，因而容易产生明显的衍射.正确答案选C项. 答案：C

拓展：能观察到明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸能跟光的波长相比甚至比光的波长还要小，由于可见光的波长一般为数千埃，比普通障碍物尺寸小得多，所以光波的衍射现象观察起来稍难一些.

例5用一单色光源垂直照射带有圆孔的不透明光屏，下列几种情况中，在小孔后面的光屏上各看到什么现象？

(1)小孔的直径为1 cm；

(2)小孔的直径为1 mm；

(3)小孔的直径为0.5 μm.

解析：小孔的直径大小决定屏上现象.当孔的直径较大，比光的波长大的多，此时光的衍射极不明显，光沿直线传播；当孔的直径很小，可以与光波的波长相差不多时，光的衍射现象明显.

答案：(1)当圆孔的直径为1 cm时，在光屏上只能看到与圆孔形状相同的亮斑.这是光沿直线传播的结果.

(2)当圆孔的直径为1 mm时，在光屏上能看到单色光源倒立的像，这是小孔成像，也是光沿直线传播的结果.

(3)当圆孔的直径为0.5 μm时，在光屏上能看到明暗相间的圆环.这是由于小孔尺寸与光波的波长差不多，光发生衍射的结果.

巧解提示我们在观察光的衍射实验时，当缝（或孔）的线度逐渐变小时，在光屏上可以看到光斑先逐渐变小进而小孔成像，然后又出现明暗相间的条纹（圆环）.继续使缝（或孔）变小，明暗条纹（圆环）的宽度和间距会随之变大，从而体现量变引起质变的规律.进而认识到，任何规律都有其适用条件.光的直线传播只是一条近似的规律，只有在光的波长比障碍物或孔的线度小得多的情况下，才可以看成是沿直线传播的.