2024年高中物理新教材（人教版2019）同步精品讲义 选择性必修第一册 第4章 5　光的衍射 含解析

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5　光的衍射
[学习目标]　1.知道光的衍射现象，了解产生明显衍射现象的条件(重点)。2.知道衍射条纹的
特点，会区分衍射条纹和干涉条纹(重难点)。
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。
有同学说：“光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，光不再发生衍射现象”，
这种说法对吗？
答案　不对。衍射现象是一定会发生，大光斑说明光是沿直线传播的，衍射现象不明显，但
大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的。
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：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。
(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。(　×　)
(2)只有波长长的光才发生衍射现象。(　×　)
(3)白光的单缝衍射图样是黑白相间的直条纹。(　×　)
例1　让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的圆孔，当此圆孔缓慢地由大
收缩变小直到闭合时，在孔后的屏上将先后出现的现象是(遮住侧面光)(　　)
A．圆形光斑　倒立的烛焰　明暗相间的圆环
B．明暗相间的圆环　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．圆形光斑　明暗相间的圆环　倒立的烛焰
答案　A
解析　当圆孔较大时，屏上出现一个圆形光斑，随着圆孔缓慢地收缩，光斑逐渐变小；当圆
孔小到一定程度时，屏上会出现倒立的烛焰，即小孔成像；继续使圆孔缓慢收缩，当圆孔的
大小与光波波长相差不多时，在屏上可以观察到明暗相间的圆环，即圆孔衍射的图样；当孔
闭合时，屏上就会一片黑暗，故 A正确。
例2　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、乙是光的衍射图样
B．丙、丁是光的衍射图样
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　B
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
B正确，A错误；
由Δx＝λ可知，条纹宽的入射光的波长长，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。
针对训练　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条纹，只是亮条纹比原来暗些
B．与原来不相同的明暗相间条纹，而中央亮条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的亮条纹
D．无条纹，只存在一片红光
答案　B
解析　挡住一缝后，在屏上得到的是单缝衍射图样。衍射图样和干涉图样的异同点：中央都
出现亮条纹，两侧都出现明暗相间的条纹，干涉图样为等间距的明暗相同的条纹，而衍射图
样两侧为不等间距的明暗相间的条纹且亮条纹的亮度减弱，且衍射图样中央亮条纹较宽，故
选B。
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
例3　(多选)在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置
如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝
的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况(图乙所示为沿激
光传播方向看到的光屏情况)，便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装
置，下列说法中正确的是(　　)
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