高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册光的衍射课后作业题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册光的衍射课后作业题，共5页。试卷主要包含了发生明显衍射现象的条件等内容，欢迎下载使用。

知识点一 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．
知识点二 衍射光栅
1．构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件．
2．增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．
3．种类：透射光栅和反射光栅．
易错易混点一 光的衍射
易错易混点1.1对光的衍射现象认识不清。
例1．(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是( )
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射
【答案】
AC
【解析】
红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的单缝衍射图样是彩色条纹，A正确，B错误；光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮斑，是衍射现象，C正确；D项中光照到较大圆孔上出现大光斑，仍存在光的衍射，只是不明显，D错误．

易错易混点1.1剖析
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：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环．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．
3．圆板衍射(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(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．
易错易混点二 单缝衍射与双缝干涉的比较
易错易混点2.1对单缝衍射与双缝干涉区别与联系认识不清
例3．如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )
A．甲、乙是光的干涉图样
B．丙、丁是光的干涉图样
C．形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D．形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
【答案】A
【解析】
干涉条纹是等间距的条纹，因此题图甲、乙是干涉图样，题图丙、丁是衍射图样，故A正确，B错误；
由公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，条纹宽的光的波长长，所以形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长长，故C错误；
形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长长，故D错误．
易错易混点2.1剖析
针对训练
1. 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，衍射现象越来越明显
C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强
D．以上现象都不会发生
【答案】A
【解析】
由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大，本题的调整是将缝调宽，现象向相反的方向发展，故选项A正确，B、C、D错误．
2. 平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的是( )
A．衍射图样的中心都是亮斑
B．泊松亮斑中心亮点周围的暗环较窄
C．小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑
D．小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的
【答案】A
【解析】
小孔衍射的图样是中心亮点，向外依次为明暗相间的环状条纹；泊松亮斑的图样是中心亮点，向外是圆形的黑影，再向外是明暗相间的环状条纹，如图所示．

泊松亮斑 圆孔衍射
3. 如图所示，a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果有相同的折射角．下列说法正确的是( )
A．b光在该介质中的折射率比a光的大
B．做单缝衍射实验时，若其他条件相同，用b光产生的中央亮条纹要比用a光产生的中央亮条纹宽
C．用a光更易观测到泊松亮斑
D．做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用a光产生的干涉图样中的条纹间距要比用b光产生的条纹间距大
【答案】B
【解析】
由光路图可知，a光偏折程度较大，在该介质中的折射率较大，频率较大，波长较短；b光偏折程度较小，在该介质中的折射率较小，波长较长，易发生衍射现象，故用b光更易观测到泊松亮斑，A、C错误．做单缝衍射实验时，若其他条件相同，波长越长，中央亮条纹越宽，所以用b光产生的中央亮条纹较宽，B正确．做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用b光产生的干涉图样中的条纹间距较大，D错误．
4. (多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是( )
A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后干涉的结果
B．双缝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．影子的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
【答案】AB
【解析】
衍射条纹是光在狭缝间隙后相互叠加干涉的结果，A正确；双缝干涉中光源通过每一个单一狭缝时有衍射现象，B正确；只有当缝隙的间距(或障碍物的尺寸)接近波长或者小于波长时才会发生明显的衍射现象，C错误；光通过缝隙的时候，缝隙从大到小依次会出现影子、像以及衍射条纹，光学原理依次为光的直线传播、小孔成像和衍射，因此不矛盾，D错误．
5. 某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽度为0.05 mm的窄缝(水平)，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是( )
【答案】D
【解析】
单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，D对．
6. 如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、黄光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及绿光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
A．黄绿红紫 B．黄紫红绿
C．红紫黄绿 D．红绿黄紫
【答案】C
【解析】
双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有亮条纹宽度相同且等间距，故a、c是双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距Δx＝eq \f(l,d)λ可知，波长λ越长，Δx越大，故a是红光的双缝干涉图样，c是黄光的双缝干涉图样；单缝衍射条纹是中间明亮且宽，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越宽，故b、d是单缝衍射图样，b为紫光的单缝衍射图样，d为绿光的单缝衍射图样；故从左向右亮条纹的颜色依次是红、紫、黄和绿．故选C.
7. 单色光通过四种元件产生的明暗条纹图样如图所示，以下说法正确的是( )
A．甲、乙图为干涉图样，丙、丁图为衍射图样
B．甲图中条纹间距越大，该色光的波长越长
C．乙图中单缝越宽，中央亮纹越宽
D．丙图中圆孔尺寸越大，图样现象越明显
【答案】B
【解析】
题图甲中，条纹等间距为单色光的双缝干涉图样，题图乙中，条纹不等间距为单色光的单缝衍射图样，题图丙为单色光通过小圆孔的衍射图样，题图丁为单色光通过小圆盘的衍射图样，故A错误；题图甲中，根据干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ知条纹间距越大，该色光的波长越长，故B正确；题图乙中单缝越宽，衍射现象越不明显，中央亮纹越窄，故C错误；题图丙中圆孔尺寸越大，图样现象越不明显，故D错误．
8. 观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，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，衍射现象越来越明显
C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强
D．以上现象都不会发生
【答案】A
【解析】
由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大。本题的调整是将缝调宽，现象向相反的方向发展，故A正确，B、C、D错误。
9. 如图所示的四种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
A．红 黄 蓝 紫
B．红 紫 蓝 黄
C．蓝 紫 红 黄
D．蓝 黄 红 紫
【答案】B
【解析】
从图样可以看出从左数第1、3个图为干涉图样，由Δx＝eq \f(L,d)λ可知，从左数第1个图为红光的干涉图样，第3个图为蓝光的干涉图样；第2、4个图为衍射图样，且第4个图衍射明显，故第4个图应为黄光的衍射图样，故选B。
10. (多选)如图(a)所示的是做双缝干涉实验的示意图。先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝。若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，则( )
A．完成操作1后，光屏上出现的是图 (b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹
B．完成操作1后，光屏上出现的是图 (c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹
C．完成操作2后，光屏上出现的是图 (b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹
D．完成操作2后，光屏上出现的是图 (c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹
【答案】 AD
【解析】
(b)图中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样；(c)图为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹。操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现(b)图案，由图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙是蓝色条纹，操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上为(c)图案，再结合波长关系可知丙是红色条纹，丁是蓝色条纹，故A、D正确，B、C错误。
重点+难点
核心素养解读
单缝衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件，衍射条纹成因的初步说明．
1. 物理观念：认识光的衍射现象．
2．科学探究：让学生通过质疑、猜想、实验，将获得的信息演绎、归纳成结论．
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