高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射授课课件ppt

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第四章2022内容索引自主预习 新知导学合作探究 释疑解惑课堂小结随堂练习课标定位素养阐释1.知道光的衍射现象和几种衍射现象的图样。2.理解光产生明显衍射的条件。3.了解衍射光栅及其图样特点。4.能区分干涉条纹和衍射条纹。1.理解光的衍射现象及产生明显衍射的条件,形成物理观念。2.通过分析干涉条纹和衍射条纹的图样特点,培养科学思维能力。自主预习 新知导学一、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:由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。2.特点:增加狭缝的个数,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)只有波长长的光才发生明显的衍射现象。(　　)(2)红光的单缝衍射图样是明暗相间的直条纹。(　　)(3)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的。(　　)(4)用两支圆柱形铅笔并在一起,形成一个狭缝,使狭缝平行于日光灯,会看到彩色的衍射条纹。(　　)2.白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点?提示:都是中央为白色条纹,两侧为彩色条纹。×√×√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?提示:不对。光遇到小孔、单缝或障碍物时,衍射现象只有明显与不明显之分,无发生与不发生之别。4.用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔,用眼睛通过小孔观察太阳光,会观察到什么现象?提示:会观察到中央为亮圆,周围为彩色的圆环。合作探究 释疑解惑【问题引领】 让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上,逐渐减小两个卡脚之间的距离,使缝越来越小,观察照在屏幕上光斑的变化。缝宽大约多大时屏幕上出现条纹?缝间距变小时,条纹有什么变化?提示:大约0.4 mm时会出现条纹。当缝间距变小时,屏幕上条纹间距逐渐变宽,但亮度逐渐减弱。【归纳提升】 1.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,中央为亮条纹。中央条纹最宽最亮,两侧的亮纹逐渐变暗变窄;白光通过狭缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹。(2)同一单色光(如红光)通过狭缝时,单缝窄的中央条纹宽,各条纹间距大。2.圆孔衍射(1)光通过小孔(孔足够小)时,在光屏上出现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,如图甲所示。(2)若在单色光(如激光)传播途中放一个足够小的圆形障碍物,会发现在影的中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑,衍射图样如图乙所示。【典型例题】 【例题1】 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,将缝调宽,现象向相反方向变化,故选项A正确。科学思维 狭缝宽度越小,光衍射现象越明显,衍射条纹越宽,但因通过狭缝的光的能量减小,衍射条纹亮度减弱,因此,观察衍射现象时,并不是狭缝越窄越好。【变式训练1】 (多选)在单缝衍射实验中,下列说法正确的是(　　)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,衍射条纹间距变宽答案:ACD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。【问题引领】 如图甲、乙所示,是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样。　　　　为单缝衍射的图样,　　　　为双缝干涉的图样。 提示:甲　乙【归纳提升】 1.衍射与干涉的比较 2.干涉与衍射的本质光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,从本质上讲,衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。在衍射现象中,可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。【典型例题】 【例题2】 如图所示,a、b、c、d四个图是不同的单色光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.a、b是光的干涉图样B.c、d是光的干涉图样C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短D.形成c图样的光的波长比形成d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a、b是干涉图样,题图c、d是衍射图样,故A项正确,B项错误;由公式Δx= λ可知,条纹宽的入射光的波长长,所以题图a图样的光的波长比题图b图样的光的波长长,故C项错误;图c的衍射现象比图d的衍射现象更明显,因此题图c图样的光的波长比题图d图样的光的波长长,故D项错误。科学思维 本题考查了单缝衍射和干涉图样的特点,考查分辨能力和综合分析能力,这是对基于事实构建的物理模型的应用过程,体现了“科学思维”的学科素养。【变式训练2】 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,只是明条纹比原来暗些B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央明条纹变宽些C.只有一条与缝宽对应的明条纹D.无条纹,只存在一片红光答案:B解析:双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样不同。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现明条纹,但衍射图样中央明条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹,干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹,且亮度迅速减弱,所以选项B正确。课堂小结随堂练习1.(衍射光栅)关于衍射光栅,下列说法错误的是(　　)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答案:C解析:对于透射光栅来说,当光照到刻痕上时,由于光发生漫反射而不能透过,故选项C错误,A、B、D正确。2.(单缝衍射与双缝干涉)(多选)关于衍射,下列说法正确的是(　　)A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B.双缝干涉中也存在着光的衍射现象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:干涉和衍射都是光波叠加的结果,干涉中有衍射现象,衍射中也有干涉现象。当障碍物的尺寸很大时,衍射现象不明显,因而形成影子,但影子的形成与衍射现象并不矛盾。3.(衍射图样)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,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:B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,B对。4.(光的衍射)让烛光照射到一块遮光板上,板上有一个可自由收缩的三角形孔,当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时,在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)(　　)A.三角形光斑 倒立的烛焰　 明暗相间的圆环B.三角形光斑　 圆形光斑　 倒立的烛焰C.倒立的烛焰　 圆形光斑　 明暗相间的圆环D.三角形光斑　 明暗相间的圆环　 倒立的烛焰答案:A解析:当三角形孔较大时,屏上出现一个三角形光斑,如图甲所示,随着三角形缓慢地收缩,光斑逐渐变小;当三角形孔小到一定程度时,屏上会出现倒立的烛焰,如图乙所示;继续使三角形孔缓慢收缩,可以观察到小孔衍射图样;当孔闭合时,屏上就会一片黑暗,故选项A正确。