鲁科版 (2019)选择性必修 第一册光的衍射导学案及答案

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第一册光的衍射导学案及答案，共5页。
[学习目标] 1.通过观察演示实验，知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件，知道几种衍射现象的图样(重点)。2.通过分析衍射条纹的特点，能正确区分衍射条纹和干涉条纹(重难点)。3.知道衍射对分辨本领的影响和衍射光栅，知道衍射光栅的结构和衍射图样的特点。
一、衍射现象
1．光的衍射
光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为____________。
2．产生明显衍射的条件
障碍物或孔的尺寸________光的波长时能产生明显的衍射。
3．三种衍射图样及其特点
(1)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现________________。如图所示。
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________(填“大”或“小”)，同时亮度越弱。
(2)单缝衍射
①单色光通过狭缝时，在屏幕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________(填“宽”或“窄”)的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长________(填“大”或“小”)的中央条纹宽，条纹间距大。
(3)圆盘衍射(泊松亮斑)
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，圆盘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。
光通过狭缝时会产生明显的衍射现象，光通过比较宽的缝隙时我们看到“光沿直线传播”，此时光是不是就不发生衍射了？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
例1 (多选)(2023·泉州市高二期末)沙尘暴时能见度只有几十米甚至几米，天空变黄变暗是由于( )
A．波长较短的光才到达地面
B．波长较长的光才到达地面
C．频率较高的光才到达地面
D．频率较低的光才到达地面
例2 (2023·荆州市高二期末)如图所示的四种明暗相间的条纹分别是黄光、紫光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及红光、蓝光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
A．黄蓝紫红 B．黄红紫蓝
C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫
例3 一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明、暗相间的干涉条纹。现在将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到( )
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗些
B．与原来不同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹变宽些
C．只有一条与缝宽相对应的亮条纹
D．无条纹，只存在一片红光
单缝衍射与双缝干涉的比较
例4 用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特征是( )
A．中央均为亮点的同心圆形条纹
B．中央均为暗点的同心圆形条纹
C．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的
D．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的
圆盘衍射和圆孔衍射图样的比较
二、衍射对分辨本领的影响
1．一个光学仪器的分辨本领，就是这个仪器能把彼此靠近的物体的像______________的能力。
2．光学显微镜和望远镜等光学仪器，其透镜就相当于小圆孔，透镜的直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越________。
例5 (多选)用光学显微镜观察物体时，由于衍射，被观测的物体上的一个光点经过透镜后不再会聚为一点而是形成了一个光斑，这样物体的像就模糊了；电子束也是一种波，把电子加速后，它的物质波比可见光波长短得多，衍射现象的影响就小得多，这样就可以极大地提高显微镜的分辨能力。已知物质波的波长为λ＝eq \f(h,p)，p为物体的动量，h为普朗克常量。根据以上材料下列说法正确的是( )
A．该材料的信息说明了运动的电子也能发生衍射
B．为了进一步提高电子显微镜的分辨本领，应当降低加速电子的电压
C．相比电子显微镜，在相同电压加速后，质子显微镜的分辨本领更强
D．电子的动量越小，电子显微镜的分辨本领越强
三、衍射光栅
1．结构：在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线，或者在玻璃上刻上许多均匀的细槽，因为它们有类似________的形状，被称为衍射光栅。
2．衍射光栅的种类：________光栅和________光栅。
3．衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度________。
例6 (多选)关于衍射光栅，下列说法正确的是( )
A．衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的
B．衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类
C．透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝
D．透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝
第3节 光的衍射
一、
1．光的衍射 2.接近
3．(1)明暗相间的圆环 ②大 (2)②窄 大
思考与讨论
不是。当狭缝或障碍物尺寸接近光的波长时，会有明显的衍射现象，狭缝较宽时，仍有衍射现象，只是不明显。
二、1.分离开来 2.低
三、1.栅栏 2.反射 透射 3.增加
例1 BD [沙尘暴时，当光的波长与沙尘颗粒的尺寸相当或明显大于沙尘颗粒的尺寸时，会发生明显衍射而到达地面，而根据c＝νλ可知波长越长，频率越低，因此天空变黄变暗由于波长较长、频率较低的光才能到达地面，故选B、D。]
例2 A [双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故1、3是双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距Δy＝eq \f(l,d)λ可知波长λ越大，Δy越大，故1是黄光的干涉图样，3是紫光的干涉图样。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，故2、4为单缝衍射图样，根据波长越长衍射现象越明显，可知4为红光的衍射图样，2为蓝光的衍射图样。故从左向右依次是黄光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、紫光(双缝干涉)和红光(单缝衍射)，故选A。]
例3 B [红光通过双缝时产生了干涉现象，说明每条缝都很窄，也应满足发生明显衍射的条件，所以挡住一条缝时发生明显衍射现象，出现单缝衍射条纹，条纹的特点是中央亮条纹较宽且亮度大，故选B。]
例4 A [圆孔衍射实验图样与单色光通过小圆盘得到的泊松亮斑，它们的衍射图样是中央均为亮点的同心圆形条纹，故A正确，B、C、D错误。]
例5 AC [材料中“电子束也是一种波”，可知运动的电子也能发生衍射，故A正确；为了进一步提高电子显微镜的分辨本领，应增加加速电子的电压，使电子的速度更大，即动量更大，它的物质波波长更短，更不容易发生衍射，故B错误；由动能定理可知qU＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(mv2,2m)＝eq \f(p2,2m)，电子与质子经过相同的电压加速后，质子获得的动量更大，质子的物质波波长更小，即质子显微镜的分辨本领更强，故C正确；由λ＝eq \f(h,p)可知，电子的动量越小，波长越长，越容易发生衍射即电子显微镜的分辨本领越弱，故D错误。]
例6 ABD [对于透射光栅来说，当光照射到刻痕上时，光发生漫反射而不能透过，故选项C错误。]
项目
异同点
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
条纹宽度
条纹宽度不等，中央条纹最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度
中央条纹最亮，越向两侧条纹越暗
各条纹亮度基本相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
种类
异同点
圆盘衍射
圆孔衍射
不同点
中心亮斑
较小
较大
亮(暗)环间距
随环的半径增大而减小
随环的半径增大而增大
背景
明亮
黑暗
相同点
均为明暗相间圆环，中心均有亮斑