2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第一册）4.5 光的衍射（解析版）.docx

4.5光的衍射

物理素养

学习目标

1.物理观念：①了解光的衍射现象。②知道衍射是波的特性。

2.科学思维：.通过观察得出光明显衍射的条件。

3.科学探究：经历光的衍射实验的过程，体会衍射是波的特性。

4.科学态度与责任：通过生活中实例观察，引导学生体会物理之美，培养学习兴趣。

1.了解光的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。

2.知道衍射、衍射光栅在生产、生活以及科学技术中的应用，了解科学、技术和社会的关系。

3.通过光的衍射的学习，对光的直线传播现象提出质疑，会从不同的角度思考物理问题。

重点关注：①光的衍射现象、直线传播、明显衍射条件②单缝衍射、圆孔衍射、衍射光栅

（一）课前研读课本，梳理基础知识

一、光的衍射

1．用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。

2．各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。

3．发生明显衍射现象的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显。

二、衍射光栅

1．构成：衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。

2．原理：增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。

3．透射光栅和反射光栅：在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。

（二）辨析

1.白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点?

【答案】都是中央为白色条纹,两侧为彩色条纹。

2.衍射和干涉条纹都是明暗相间的,两种条纹是否完全一样?

【答案】不一样。衍射条纹是中间最宽、最亮,从中间向两侧逐渐变窄、变暗;干涉条纹是等间距的条纹,宽度和亮度相同。

3.光遇到小孔、单缝或障碍物时,衍射现象可能发生,也可能不发生,这种说法对吗?

【答案】不对。光遇到小孔、单缝或障碍物时,一定发生衍射现象,只是有明显与不明显之分,无发生与不发生之别。

【题型一】光的衍射

【点拨】

【点拨】三种衍射图样的特点：

1．单缝衍射

(1)单色光通过狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。

(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大。

2.圆孔衍射与圆盘衍射

项目

圆孔衍射

圆盘衍射(泊松亮斑)

图样

区别

(1)中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。(3)用不同单色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。(4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色的同心圆环。

(1)若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。衍射图样如图所示。(2)中央是亮斑(与圆孔衍射图样中心亮斑比较，泊松亮斑较小)，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。

相同

不等间距的明暗相间条纹

【典型例题1】（2024·江苏扬州·模拟预测）用一束红色激光照射单缝，光屏上出现的现象如图所示，下列操作可使中央亮条纹变宽的是（）

A．增大激光束的宽度 B．减小单缝的宽度

C．减小屏到单缝的距离 D．改用绿色激光照射

【答案】B

【详解】AB．单缝衍射中央亮条纹的宽度和亮度与单缝的宽度有关，单缝宽度越窄，亮度越弱，衍射现象越明显，则条纹的宽度越宽，与激光束的宽度无关，故A错误，B正确；

C．减小屏到单缝的距离，中央亮条纹变窄，故C错误；

D．改用绿色激光照射，因波长变短，衍射现象变得不明显，则中央亮条纹变窄，故D错误。

故选B。

【对点训练1】（23-24高二下·上海·期中）（多选）一束红光经过狭缝在光屏上得到如图所示的图样，则（????）

A．该图样属于红光的干涉图样

B．狭缝宽度必远大于红光波长

C．光沿直线传播只是近似规律

D．减小狭缝宽度，条纹间距变宽

【答案】CD

【详解】A．红光通过单缝，产生中间宽、两边窄的衍射图样，A错误；

BD．当缝的宽度与光波的波长接近或比光波的波长少得多时能发生明显衍射现象，且减小狭缝宽度时，条纹间距变宽，B错误，D正确；

C．光的波长比障碍物小得多时，可以把光的传播看做直线传播，故光沿直线传播只是近似规律，C正确。

故选CD。

【题型二】光的干涉与衍射对比【点拨】

【点拨】

1.单缝衍射与双缝干涉的比较

种类

项目

单缝衍射

双缝干涉

不同点

产生条件

狭缝足够小(发生明显衍射)

频率相同的两列光波相遇叠加

条