4.5光的衍射0101學習目標物理素養學習目標1.物理觀念：①了解光的衍射現象。②知道衍射是波的特性。2.科學思維：.通過觀察得出光明顯衍射的條件。3.科學探究：經歷光的衍射實驗的過程，體會衍射是波的特性。4.科學態度與責任：通過生活中實例觀察，引導學生體會物理之美，培養學習興趣。1.了解光的衍射概念及產生明顯衍射現象的條件。2.知道衍射、衍射光柵在生產、生活以及科學技術中的應用，了解科學、技術和社會的關系。3.通過光的衍射的學習，對光的直線傳播現象提出質疑，會從不同的角度思考物理問題。重點關注：①光的衍射現象、直線傳播、明顯衍射條件②單縫衍射、圓孔衍射、衍射光柵002思維導圖003知識梳理（一）課前研讀課本，梳理基礎知識一、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。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。（二）辨析1.白光經單縫衍射和雙縫干涉產生的條紋有什么共同特點?【答案】都是中央為白色條紋,兩側為彩色條紋。2.衍射和干涉條紋都是明暗相間的,兩種條紋是否完全一樣?【答案】不一樣。衍射條紋是中間最寬、最亮,從中間向兩側逐漸變窄、變暗;干涉條紋是等間距的條紋,寬度和亮度相同。3.光遇到小孔、單縫或障礙物時,衍射現象可能發生,也可能不發生,這種說法對嗎?【答案】不對。光遇到小孔、單縫或障礙物時,一定發生衍射現象,只是有明顯與不明顯之分,無發生與不發生之別。004題型精講【題型一】光的衍射【點撥】【點撥】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.圓孔衍射與圓盤衍射項目圓孔衍射圓盤衍射(泊松亮斑)圖樣區別(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。(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。相同不等間距的明暗相間條紋【典型例題1】（2024·江蘇揚州·模擬預測）用一束紅色激光照射單縫，光屏上出現的現象如圖所示，下列操作可使中央亮條紋變寬的是（）A．增大激光束的寬度 B．減小單縫的寬度C．減小屏到單縫的距離 D．改用綠色激光照射【答案】B【詳解】AB．單縫衍射中央亮條紋的寬度和亮度與單縫的寬度有關，單縫寬度越窄，亮度越弱，衍射現象越明顯，則條紋的寬度越寬，與激光束的寬度無關，故A錯誤，B正確；C．減小屏到單縫的距離，中央亮條紋變窄，故C錯誤；D．改用綠色激光照射，因波長變短，衍射現象變得不明顯，則中央亮條紋變窄，故D錯誤。故選B。【對點訓練1】（23-24高二下·上海·期中）（多選）一束紅光經過狹縫在光屏上得到如圖所示的圖樣，則（

）A．該圖樣屬于紅光的干涉圖樣B．狹縫寬度必遠大于紅光波長C．光沿直線傳播只是近似規律D．減小狹縫寬度，條紋間距變寬【答案】CD【詳解】A．紅光通過單縫，產生中間寬、兩邊窄的衍射圖樣，A錯誤；BD．當縫的寬度與光波的波長接近或比光波的波長少得多時能發生明顯衍射現象，且減小狹縫寬度時，條紋間距變寬，B錯誤，D正確；C．光的波長比障礙物小得多時，可以把光的傳播看做直線傳播，故光沿直線傳播只是近似規律，C正確。故選CD。【題型二】光的干涉與衍射對比【點撥】【點撥】1.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2.干涉圖樣與衍射圖樣對比光的干涉現象：雙縫干涉、薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環)；光的衍射現象：單縫衍射、圓孔衍射、光柵衍射、圓盤衍射(泊松亮斑).【典型例題1】（23-24高二下·福建福州·期末）（多選）某實驗小組在光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后，得到如下四幅圖樣，下列有關說法正確的是（）A．甲是單縫衍射圖樣 B．乙是雙縫干涉圖樣C．丙是小圓孔衍射圖樣 D．丁是小圓板“泊松亮斑”衍射圖樣【答案】CD【詳解】AB．衍射與干涉圖樣的區別是：前者是中間亮條紋明且寬大，越向兩側寬度越小，后者明暗條紋寬度相等，則甲是雙縫干涉圖樣，乙是單縫衍射圖樣，故AB錯誤；CD．單色光照射小圓孔做衍射的實驗時，中央較大的區域內是亮的，周圍是明暗相間的圓環，條紋間距也不等，亮度向外逐漸變暗；而泊松亮斑的中間是一個比較小的亮點，亮度向外逐漸變亮，可知丙是小圓孔衍射圖樣，丁是小圓板“泊松亮斑”衍射圖樣，故CD正確。故選CD。【對點訓練1】（23-24高二下·廣東佛山·期中）（多選）如圖所示為紅光、藍光經過狹縫裝置得到的三個圖樣，下列說法正確的是（

）A．三個圖均為衍射圖樣B．三個圖均為干涉圖樣C．入射光的頻率相同，狹縫越窄，中央亮紋的寬度越寬D．狹縫寬度不變，入射光的波長越長，中央亮條紋越寬【答案】ACD【詳解】AB．三個圖均為衍射圖樣。故A正確；B錯誤；C．由前兩個圖樣比較可知，入射光的頻率相同，狹縫越窄，中央亮紋的寬度越寬。故C正確；D．紅光的波長大于藍光的波長，由第一個和第三個圖樣比較可知，狹縫寬度不變，入射光的波長越長，中央亮條紋越寬。故D正確。故選ACD。005強化訓練【基礎強化】1．（23-24高二下·湖北·期中）汽車尾燈都是紅色的，一個重要的原因是紅光在大霧天氣能被更遠處的人看見，這是因為（）A．紅光比其它色光頻率更高，更容易沿直線傳播B．紅光比其它色光折射率更大，折射光路彎折更大C．紅光比其它色光波長更長，更容易發生明顯衍射D．紅光比其它色光波長更長，波長長才能發生衍射【答案】C【詳解】紅光比其它色光波長更長，頻率更低，折射率更小，更容易發生明顯衍射，因此能夠繞過霧氣傳播更遠的距離，發生明顯衍射的條件是波長大于等于障礙物尺寸即可。故選C。2．（23-24高二上·江蘇南通·期末）研究兩束激光波動現象的同一實驗裝置如圖甲所示，實驗中光屏上得到了如圖乙、丙所示的圖樣。下列說法正確的是（）A．擋板上有兩條平行的豎直狹縫B．乙光的波長大于丙光的波長C．增加激光器的強度可以使條紋間距變大D．乙、丙兩列激光疊加后形成穩定的干涉條紋【答案】B【詳解】A．由圖乙條紋特點可知是衍射條紋，即擋板上有一條狹縫，故A錯誤；BC．衍射條紋中相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距為明顯如圖乙中心間距大于如圖丙所示的中心間距，得乙光的波長大于丙光的波長，由上式可知條紋間距與入射光的強度無關，故B正確，C錯誤；D．單縫只能產生衍射，不能干涉現象，則乙、丙兩列激光疊加后不能形成穩定的干涉條紋，故D錯誤；故選B。3．（23-24高二下·重慶·階段練習）a、b兩束單色光的波長分別為λa和λb，分別通過相同的單縫衍射實驗裝置得到如圖所示的圖樣，則這兩束單色光（）A．b光的波動性比a光弱B．在水中的傳播速度va＜vbC．發生全反射的臨界角a光小于b光D．a、b光分別射向同一雙縫干涉裝置，干涉條紋間距＜【答案】A【詳解】A．相同條件下，光的波長越長波動性越強，衍射越明顯，由圖可知a波長大于b波長，b光的波動性比a光弱，故A正確；B．由圖可知a波長大于b波長，a頻率小于b頻率，a折射率小，所以在水中的傳播速度va＞vb，故B錯誤；C．由圖可知a波長大于b波長，a頻率小于b頻率，a折射率小，所以發生全反射的臨界角a光大于b光，故C錯誤；D．a、b光分別射向同一雙縫干涉裝置，由可知，干涉條紋間距＞，故D錯誤。故選A。4．（2024·江蘇南通·一模）如圖所示，擋板上安裝有寬度可調的一條狹縫，縫后放一個光屏。用單色平行光照射狹縫，狹縫寬度從調整為，光屏上可能呈現（

）A．圖樣①變化為圖樣② B．圖樣②變化為圖樣①C．圖樣③變化為圖樣④ D．圖樣④變化為圖樣③【答案】D【詳解】AB．①和②為雙縫干涉實驗的圖像，故AB錯誤；CD．用單色平行光照射狹縫，當縫調到很窄時，盡管亮條紋的亮度有所降低，但是寬度反而增大了，故可能呈現圖樣④變化為圖樣③。故C錯誤，D正確。故選D。5．（23-24高二下·寧夏·階段練習）.如圖所示分別是光、光各自通過同一單縫衍射儀器形成的圖樣（灰黑色部分表示亮紋，保持縫到屏距離不變），則下列說法正確的是（）A．在真空中，單色光的波長大于單色光的波長B．在真空中，光的傳播速度小于光的傳播速度C．雙縫干涉實驗時光產生的條紋間距比光的小D．光和光由玻璃棱鏡進入空氣后頻率都變大【答案】A【詳解】A．光的衍射條紋比光的衍射條紋寬，則光波長大于光波長，A正確；B．真空中各種色光速度均相同，B錯誤；C．根據雙縫干涉實驗時光產生的條紋間距比光的大，C錯誤；D．光發生折射時的頻率不變，D錯誤。故選A。6．（23-24高二下·湖北·階段練習）甲、乙兩圖是教科書上紅光的單縫衍射和雙縫干涉實驗圖樣。下列有關光的干涉和衍射現象說法正確的是（

）A．圖甲發生的是衍射現象，圖乙發生的是干涉現象B．不改變其他條件，當用紫光做實驗時，圖甲的條紋間距變小C．不改變其他條件，當只減小縫的寬度時，圖甲的條紋間距變大D．不改變其他條件，當只減小縫的寬度時，圖乙的中央條紋寬度變小【答案】B【詳解】干涉條紋的條紋等間距，由圖可知圖甲發生的是干涉現象，圖乙發生的是衍射現象，根據，由于紫光的波長較小，所以不改變其他條件，當用紫光做實驗時，圖甲的條紋間距變小，不改變其他條件，當只減小縫的寬度時，圖甲的條紋間距不變，圖乙的中央條紋寬度變大。故選B。7．（23-24高二下·山東青島·階段練習）如圖所示的四種明暗相間的條紋，是紅光、紫光分別通過同一個雙縫干涉儀形成的干涉圖樣和通過同一個單縫形成的衍射圖樣，圖中黑色部分代表亮條紋，對下列四幅圖分析正確的是（）A．A是紅光的衍射條紋B．B是紅光的衍射條紋C．C圖對應的色光頻率更小D．在同種介質中D圖對應的色光波長更大【答案】D【詳解】AB．干涉圖樣為等間距的，紫光的間距較小，所以圖樣A為紅光的干涉條紋，圖樣B為紫光的衍射條紋，圖樣C為紫光的干涉條紋，圖樣D為紅光的衍射條紋，故AB錯誤；C．紅光的頻率小于紫光的頻率，所以C圖對應的色光頻率更大，故C錯誤；D．紅光的波長大于紫光的波長，在空氣中D圖對應的色光波長更大，故D正確。故選D。8．（23-24高二下·重慶南岸·期中）在光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后，分別得到如下四幅圖樣，哪一個是由單縫衍射實驗得到的圖樣（

）A． B．C． D．【答案】C【詳解】A．圖樣是干涉條紋，故A錯誤；B．圖樣是圓孔衍射，故B錯誤；C．圖樣是單縫衍射，故C正確；D．圖樣是泊松亮斑，故D錯誤。故選C?！舅仞B提升】9．（23-24高二下·河南·階段練習）（多選）利用圖甲所示的裝置（示意圖），觀察光的干涉、衍射現象，在處放置不同的光學元件，光屏上可得到如圖乙中1和2兩種圖樣。下列說法正確的是（

）A．圖樣1對應單縫，縫越寬，衍射現象越明顯B．圖樣1對應雙縫，雙縫間距越大，中央條紋越寬C．圖樣2對應單縫，增大和光屏之間的距離，相鄰條紋間距變大D．圖樣2對應雙縫，增大入射光的波長，相鄰條紋間距變大【答案】CD【詳解】AB．1是單縫衍射圖樣，縫越窄，衍射現象越明顯，AB錯誤；CD．2是雙縫干涉圖樣，根據可知，增大入射光的波長，或則增大雙縫到光屏的距離，相鄰條紋間距變大，CD正確。故選CD。10．（23-24高二下·山西太原·期末）關于衍射圖樣，下列選項正確的是（）A．甲圖是白光的單縫衍射條紋B．乙圖是單色光單縫衍射產生的圖樣C．丙圖是法國科學家泊松在實驗中首次觀察到的泊松亮斑D．丁圖是英國物理學家沃森和克里克做實驗獲得的一系列DNA纖維的電子射線衍射圖樣【答案】B【詳解】A．白光的單縫衍射圖樣是彩色的直條紋，故A錯誤；B．乙圖是單色光單縫衍射產生的圖樣，是明暗相間的直條紋，中間是亮紋，選項B正確；C．丙圖是阿拉果在實驗中首次觀察到的泊松亮斑，光線照射到圓板上，在圓板的后面出現一個亮斑，選項C錯誤；D．丁圖是英國物理學家沃森和克里克做實驗獲得的一系列DNA纖維的X射線衍射圖樣，選項D錯誤。故選B。11．（2021高三·全國·專題練習）如圖甲可以用來測定半圓柱形玻璃磚的折射率n，O是圓心，MN是法線，一束單色光線以入射角i＝30°由玻璃磚內部射向O點，折射角為r，當入射角增大到也為r時，恰好無光線從