高考物理課件：第20章第二節(jié)《光的衍射》（人教版選修3-4）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第二節(jié)光的衍射 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第二節(jié) 課前自主學(xué)案 目標(biāo)概覽 目標(biāo)概覽 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道光的衍射現(xiàn)象 知道發(fā)生明顯衍射的條件 2 知道 幾何光學(xué) 中所說的光沿直線傳播是一種近似 重點難點 1 光發(fā)生明顯衍射的條件 2 衍射條紋的特點及影響中央亮紋的寬度的因素 課前自主學(xué)案 一 光的衍射光在遇到障礙物時 而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫做光的衍射 二 光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件當(dāng)孔和障礙物的尺寸比光波波長 或者跟波長 時 光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 能夠繞過障礙物 小 相差不多 三 衍射圖樣1 單縫衍射 1 單色光單縫衍射條紋的特點 中央為 條紋 兩側(cè)有亮暗相間的條紋 條紋的間距和亮度 中央亮條紋既寬又亮 兩側(cè)條紋寬度 亮度逐漸 2 白光單縫衍射條紋的特點 中央為既 且 的白色條紋 兩側(cè)是變窄變暗的 條紋 亮 不等 減小 亮 寬 彩色 2 圓屏衍射 泊松亮斑當(dāng)光照到不透光的極小圓板上 在圓板的 出現(xiàn)的亮斑 它是證實光的 理論的有力的實驗依據(jù) 正后方 波動 四 光的衍射現(xiàn)象的意義1 干涉和衍射是波的特征 光的干涉和衍射現(xiàn)象證明了光具有 波長 干涉和衍射現(xiàn)象就越明顯 2 衍射現(xiàn)象說明 光沿直線傳播 只是近似規(guī)律 只有在光的波長比障礙物小得多時 光才可以看作是沿直線傳播的 波動性 越長 一 三種典型衍射的比較1 單縫衍射 1 單縫衍射現(xiàn)象如圖20 2 1所示 點光源S發(fā)出的光經(jīng)過單縫后照射到光屏上 若縫較寬 則光沿直線傳播 傳播到光屏上的AB區(qū)域 若縫足夠窄 則光的傳播不再沿直線傳播 而是傳到幾何陰影區(qū) 在AA BB 區(qū)出現(xiàn)亮暗相間的條紋 即發(fā)生衍射現(xiàn)象 核心要點突破 圖20 2 1 衍射是波特有的一種現(xiàn)象 只是有的明顯 有的不明顯而已 聲波可發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 如 聞其聲不見其人 就是這個原因 2 圖樣特征縫變窄時 光路有了明顯的衍射現(xiàn)象 光所照射的區(qū)域變大 由于通過縫的光能少了 因此條紋的亮度會降低 在衍射現(xiàn)象中 中央亮條紋不僅亮度大 寬度也大 用單色光照射單縫時 光屏上出現(xiàn)亮暗相間的衍射條紋 中央條紋寬度大 亮度也大 如圖20 2 2所示 與干涉條紋有區(qū)別 用白光照射單縫時 中間是白色亮條紋 兩邊是彩色條紋 其中最靠近中央的色光是紫光 最遠(yuǎn)離中央的是紅光 圖20 2 2 2 圓孔衍射 1 圓孔衍射現(xiàn)象如圖20 2 3所示 當(dāng)擋板AB上的圓孔較大時 光屏上出現(xiàn)圖中乙所示的情形 無明顯衍射現(xiàn)象發(fā)生 當(dāng)擋板AB上的圓孔很小時 光屏上出現(xiàn)圖中丙所示的衍射圖樣 出現(xiàn)亮暗相間的圓環(huán) 圖20 2 3 2 圖樣特征衍射圖樣中 中央亮圓的亮度大 外面是亮暗相間的圓環(huán) 但外圍亮環(huán)的亮度小 用不同的光照射時所得圖樣也有所不同 如果用單色光照射時 中央為亮圓 外面是亮度越來越小的亮環(huán) 如果用白光照射時 中央亮圓為白色 周圍是彩色圓環(huán) 3 圓屏衍射 1 圓屏衍射現(xiàn)象在1818年 法國物理學(xué)家菲涅耳提出波動理論時 著名的數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)菲涅耳的波動理論推算出圓屏后面的中央應(yīng)出現(xiàn)一個亮斑 這看起來是一個荒謬的結(jié)論 于是在同年 泊松在巴黎科學(xué)院宣稱他推翻了菲涅耳的波動理論 并把這一結(jié)果當(dāng)作菲涅耳的謬誤提了出來 但有人做了相應(yīng)的實驗 發(fā)現(xiàn) 在圓屏陰影的中央確實出現(xiàn)了一個亮斑 這充分證明了菲涅耳理論的正確性 后人就把這個亮斑叫做泊松亮斑 2 圖樣特征小圓板衍射圖樣的中央有個亮斑 泊松亮斑 圖樣中的亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨著半徑的增大而減小 4 三種衍射圖樣的比較如圖20 2 4所示是光經(jīng)狹縫 小孔 小圓屏產(chǎn)生的衍射圖樣的照片 由圖可知 1 光經(jīng)不同形狀的障礙物產(chǎn)生的衍射圖樣的形狀是不同的 圖20 2 4 2 衍射條紋的間距不等 仔細(xì)比較乙圖和丙圖可以發(fā)現(xiàn)小孔衍射圖樣和小圓屏衍射圖樣的區(qū)別 小圓屏衍射圖樣的中央有個亮斑 著名的 泊松亮斑 小圓屏衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨著半徑的增大而減小 而圓孔衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑的增大而增大 二 光的干涉現(xiàn)象和光的衍射現(xiàn)象的區(qū)別干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象都是波所特有的現(xiàn)象 但兩者還是有很大不同的 1 產(chǎn)生條件不同光的干涉要求頻率相同的兩列相干光相遇疊加 只要狹縫或孔足夠小 任何光都能發(fā)生明顯衍射 2 條紋寬度不同雙縫干涉是等寬的 條紋間的距離是相等的 而單縫衍射的條紋 中央亮條紋最寬 兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄 3 光強分布不同雙縫干涉條紋 從中央亮紋往兩側(cè)光強變化很小 而單縫衍射條紋的光強分布主要集中在中央亮紋 兩側(cè)的亮紋逐漸變暗 4 條紋的變化情況不同雙縫干涉的條紋間距離與波長成正比 條紋間距隨波長的變化而變化 單縫衍射的條紋隨縫寬而變化 縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯 如圖20 2 5 圖20 2 5 課堂互動講練 在用單色平行光照射單縫 觀察衍射現(xiàn)象的實驗中 下列說法正確的是 A 縫越窄 衍射現(xiàn)象越明顯B 縫越寬 衍射現(xiàn)象越明顯C 照射光的波長越長 衍射現(xiàn)象越明顯D 照射光的頻率越高 衍射現(xiàn)象越明顯 解析 根據(jù)光發(fā)生明顯衍射的條件可知 在入射光波長一定的情況下 縫越窄 衍射現(xiàn)象越明顯 故A對B錯 在縫寬一定時 入射光的波長越長 衍射現(xiàn)象越明顯 故C對D錯 答案 AC 點評 對光的衍射現(xiàn)象 有的同學(xué)錯誤的認(rèn)為 在障礙物的尺寸小于波長時 障礙物越小 衍射越不明顯 實際上 在波長一定時 障礙物越小 衍射越明顯 變式訓(xùn)練1讓太陽光垂直照射一塊遮光板 板上有一個可以自由收縮的三角形孔 當(dāng)此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時 在孔后的屏上將先后出現(xiàn) A 由大變小的三角形光斑 直至光斑消失B 由大變小的三角形光斑 亮暗相間的彩色條紋 直至條紋消失C 由大變小的三角形光斑 亮暗相間的條紋 直至黑白色條紋消失D 由大變小的三角形光斑 小圓形的光斑 亮暗相間彩色條紋 直至條紋消失 解析 選D 本題綜合考查了光在不同情況下的前進(jìn)行為 當(dāng)孔足夠大時 由于光的直線傳播 所以屏首先出現(xiàn)的是三角形光斑 之后隨著小孔的繼續(xù)縮小 出現(xiàn)小孔成像 成的是太陽的像 故為小圓形光斑 隨著小孔的進(jìn)一步縮小 當(dāng)尺寸與光波長相當(dāng)時 出現(xiàn)了亮暗相間的衍射條紋 最后隨小孔的閉合而全部消失 所以只有D是正確的 如圖20 2 6所示 a b c d四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣 分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是 圖20 2 6 A a b是光的干涉圖樣B c d是光的干涉圖樣C 形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長短D 形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長短 答案 A 點評 1 干涉條紋與衍射條紋的主要區(qū)別是等間距和不等間距 2 干涉條紋寬度和衍射條紋的中央亮紋寬度都隨入射光波長的增大而增大 變式訓(xùn)練2關(guān)于衍射下列說法中正確的是 A 單縫衍射的圖樣與雙縫干涉的圖樣都是亮暗相間的條紋B 單縫衍射與雙縫干涉的圖樣完全一樣C 單縫衍射條紋寬度不等 中央亮紋最寬D 用白光作單縫衍射實驗時 所得衍射條紋全部是彩色的答案 AC 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全