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第3節　光的衍射
[學習目標]　1．知道光的衍射現象，明確產生明顯衍射現象的條件。2．掌握干涉與衍射的區別，會區分衍射條紋和干涉條紋。3．會用實驗探究光的衍射規律，提高實驗能力。4．了解衍射對分辨本領的影響和衍射光柵，體會生活中光的衍射現象的應用。
知識點一　衍射現象
1．光的衍射定義
光繞過障礙物偏離直線傳播的現象稱為光的衍射。
2．衍射現象分類
(1)圓孔衍射。
(2)單縫衍射。
(3)邊緣衍射。
(4)泊松亮斑。
3．光的明顯衍射的條件
只有當障礙物或孔的尺寸接近光的波長時，衍射才是明顯的。
　光的衍射現象證明光是一種波。
1．思考辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)衍射和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的。 (×)
(2)所有光都能發生衍射現象。 (√)
(3)紅光比紫光更容易發生明顯衍射現象。 (√)
知識點二　衍射對分辨本領的影響及衍射光柵
1．一個光學儀器的分辨本領是指將彼此靠近的物體的像分離開來的能力。
2．光學顯微鏡和望遠鏡等光學儀器，其透鏡就相當于小圓孔，透鏡直徑越小，產生的衍射現象越明顯，分辨本領就越低。
3．衍射光柵
(1)定義
在兩個螺桿上繃上許多平行的細金屬線，或者在玻璃片上刻上許多均勻的細槽。因為它有類似柵欄的形狀，所以被稱為衍射光柵。衍射光柵可分為透射光柵和反射光柵。
(2)光柵衍射的圖樣
①在接收屏上得到的光柵衍射圖樣是單縫衍射和多縫干涉的共同結果。
②多縫干涉的結果使光柵衍射的亮條紋的寬度比單縫衍射時窄得多。
　單縫衍射和雙縫干涉都是光波疊加的結果嗎？
提示：是光波疊加時加強或削弱的結果。
2．思考辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)顯微鏡的鏡頭越小其分辨本領越低。 (√)
(2)多縫干涉的結果使光柵衍射的寬度比單縫衍射時更寬。 (×)
(3)光柵的衍射圖樣是單縫衍射和多縫干涉的共同結果。 (√)
取三塊不透光的板，在每塊板的中間各開一個圓孔，三塊板所開的圓孔大小不一。先用點光源照射圓孔最大的那塊板，在屏上會出現一個明亮的圓形光斑圖a；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現圖b；最后用圓孔最小(直徑約為1 mm)的那塊板，在屏上會出現圖c。
(1)屏上圖b產生了什么現象？
(2)比較屏上圖b和圖c，說明了什么？
提示：(1)衍射現象。
(2)孔越小，衍射現象越明顯。
考點1　光的衍射
1．單縫衍射圖樣
(1)中央條紋最亮，越向兩邊越暗；條紋間距不等，越靠外，條紋間距越小，中央條紋最寬，兩邊條紋寬度變窄。
(2)縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮條紋的亮度降低。
(3)中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關，入射光波長越大，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。
(4)用白光做單縫衍射實驗時，中央亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中央亮條紋仍然最寬最亮。
2．圓孔衍射圖樣
(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小，如圖所示。
(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱。
(3)用不同色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮斑的直徑越大。
(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環。
(5)只有圓孔足夠小時才能得到明顯的衍射圖樣。在圓孔由較大直徑逐漸減小的過程中，光屏上依次得到幾種不同的現象——圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(衍射圖樣)。
3．不透明的小圓板衍射圖樣(泊松亮斑)
(1)中央是亮斑。
(2)形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環。
(3)周圍的亮環或暗環間距隨半徑增大而減小。
甲　　　　　乙
【典例1】　(雙選)在觀察光的衍射實驗中，分別觀察到如圖甲、乙所示的清晰的明暗相間的圖樣，圖中黑線為暗紋。那么障礙物應是(　　)
A．甲圖對應的障礙物應是小圓孔
B．甲圖對應的障礙物是小圓板
C．乙圖對應的障礙物應是小圓板
D．乙圖對應的障礙物是小圓孔
AC　[比較兩圖，它們的背景明顯不同，題圖甲的背景為黑色陰影，說明障礙物應是很大的不透明擋板，中間有透光并且帶有衍射圖樣的花紋，說明擋板的中間有小圓孔；題圖乙的背景為白色，說明周圍沒有障礙物，中間有不透光圓形陰影，并且帶有衍射圖樣的花紋，說明中間存在很小的不透明圓板，題圖乙正中央的小亮點是泊松亮斑。故A、C正確，B、D錯誤。]
　小圓板衍射與圓孔衍射的比較
(1)小圓板衍射與圓孔衍射均是明暗相間的圓形條紋，中心均有亮斑。
(2)圓孔衍射圖樣中心亮斑較大，而泊松亮斑較小。
(3)圓孔衍射圖樣中亮環或暗環間距隨半徑增大而增大，小圓板衍射圖樣中亮環或暗環間距隨半徑增大而減小。
(4)圓孔衍射圖樣的外側是黑暗的，而小圓板衍射圖樣的外側是明亮的。
[跟進訓練]
1．對于單縫衍射現象，下列說法正確的是(　　)
A．縫的寬度d越小，衍射條紋越亮
B．縫的寬度d越小，衍射現象越明顯
C．縫寬度d越小，光傳播路線越接近直線
D．入射光的波長越短，衍射現象越明顯
B　[單縫衍射現象中，波長越長越容易衍射，中央亮紋越寬，所以d減小，相對波長變長，因此衍射現象越明顯，B正確。縫寬度d越小，越體現光子的隨機性，衍射越明顯，入射光的波長越長，衍射現象越明顯。故選B。]
考點2　單縫衍射、雙縫干涉的比較
單縫衍射與雙縫干涉的比較
名稱 單縫衍射 雙縫干涉
不同點 產生條件 只要狹縫足夠小，任何光都能發生 頻率相同的兩列光波相遇疊加
條紋寬度 條紋寬度不等，中央最寬 條紋寬度相等
條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距
亮度 中央條紋最亮，兩邊變暗 條紋清晰，亮度基本相等
相同點 成因 都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的結果
意義 都是波特有的現象，表明光是一種波
【典例2】　如圖所示的四種明暗相間的條紋，是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。則在下面的四個圖中從左往右排列，哪個圖是黃光形成的條紋(　　)
A　　　　　B　　　　　C　　　　　D
D　[雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，故A、C是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣；單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側寬度越小越暗，而波長越長，中央亮條紋越粗，故B、D是衍射圖樣，紫光波長較短，則中央亮條紋較細，故B是紫光的衍射條紋，D是黃光的衍射條紋。故選D。]
　區分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法
(1)根據條紋的寬度區分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的，而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，而兩側的亮條紋逐漸變窄。
(2)根據亮條紋的亮度區分：雙縫干涉條紋，從中央亮紋往兩側亮度變化很小，而單縫衍射條紋的中央亮紋最亮，而兩側的亮紋逐漸變暗。
[跟進訓練]
2．如圖所示的四幅明暗相間的條紋圖樣，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是(　　)
A．紅　黃　藍　紫　　 B．紅　紫　藍　黃
C．藍　紫　紅　黃 D．藍　黃　紅　紫
B　[雙縫干涉條紋是等間距的條紋，單縫衍射條紋是中間最寬、兩邊越來越窄的條紋，因此1、3是干涉條紋，2、4是衍射條紋。干涉條紋中，光的波長越長，條紋越寬，因此1是紅光，3是藍光。同一單縫衍射條紋，波長越長，條紋越寬，因此2是紫光，4是黃光。]
1．對衍射現象的定性分析，不正確的是(　　)
A．光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物發生傳播的現象
B．衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結果
C．光的衍射現象為光的波動說提供了有力的證據
D．光的衍射現象完全否定了光的直線傳播結論
D　[衍射現象是波繞過障礙物發生傳播的現象，衍射條紋是波的疊加的結果，干涉、衍射是一切波所具有的特性，所以選項A、B、C正確；在光的波長比障礙物尺寸小得多的情況下，光被看作是沿直線傳播的，所以光的衍射現象和直線傳播是不矛盾的，所以選項D錯誤。]
2．(源自人教版教材改編)用紅、藍兩種單色光做單縫衍射實驗，得到的圖樣如圖甲、乙所示，則(　　)
A．圖甲為紅光產生的圖樣，圖乙為藍光產生的圖樣
B．在相同介質中，圖甲對應單色光比圖乙對應單色光傳播速度大
C．減小單縫寬度，則兩個圖樣中央亮紋寬度變寬，亮度變亮
D．兩束單色光以相同入射角從水中射入空氣中，若空氣中只有一束光，則應為圖乙對應的單色光
D　[單縫衍射實驗中，單縫寬度相同，光的波長越長，中央亮條紋越粗，紅光的波長比藍光的波長長，故題圖乙為紅光產生的圖樣，題圖甲為藍光產生的圖樣，A錯誤；藍光的頻率大于紅光頻率，藍光的折射率大于紅光的折射率，由v＝可知，在相同介質中，題圖甲對應單色光比題圖乙對應單色光傳播速度小，B錯誤；減小單縫寬度，因為通過的光變少，亮度變暗，兩個圖樣中央亮紋寬度變寬，C錯誤；設光從水射向空氣時，全反射的臨界角為C，則sin C＝，水中藍光的折射率大于紅光的折射率，全反射的臨界角藍光比紅光小，則兩束單色光以相同入射角從水中射入空氣中，若空氣中只有一束光時必然是藍光發生了全反射，空氣中應為題圖乙對應的單色光，D正確。]
3．(新情境題，以纖維細絲和激光為背景，考查光的衍射)(雙選)抽制高強度纖維細絲可用激光監控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時產生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規律相同。觀察光束經過細絲后在光屏上所產生的條紋即可判斷細絲粗細的變化，下列敘述正確的是(　　)
A．這里應用的是光的衍射現象
B．這里應用的是光的干涉現象
C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗
D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細
AD　[當障礙物的尺寸與波的波長相當或小于波的波長，會發生明顯的衍射，該裝置的原理是運用光的衍射現象，如果屏上條紋變寬，則金屬絲變細。故A、D正確，B、C錯誤。]
4．用一單色光源垂直照射帶有圓孔的不透明光屏，下列幾種情況中，在小孔后面的光屏上各看到什么現象？
(1)小孔的直徑為1 cm；
(2)小孔的直徑為1 mm；
(3)小孔的直徑為0.5 μm。
[解析]　小孔的直徑大小決定屏上的現象。當孔的直徑較大，比光的波長大得多時，光的衍射極不明顯，光沿直線傳播；當孔的直徑很小，與光波的波長相近時，光的衍射現象明顯。
(1)當圓孔的直徑為1 cm時，在光屏上只能看到與圓孔形狀相同的亮斑。這是光沿直線傳播的結果。
(2)當圓孔的直徑為1 mm時，在光屏上能看到單色光源倒立的像，這是小孔成像，也是光沿直線傳播的結果。
(3)當圓孔的直徑為0.5 μm時，在光屏上能看到衍射條紋，這是由于小孔尺寸與光波的波長差不多，光發生明顯衍射的結果。
[答案]　(1)在光屏上只能看到與圓孔形狀相同的亮斑　(2)在光屏上能看到單色光源倒立的像　(3)在光屏上能看到衍射條紋
回歸本節知識，自我完成以下問題：
1．試寫出光的明顯衍射的條件。
提示：當障礙物或孔的尺寸接近光的波長時，衍射才明顯。
2．衍射光柵的衍射圖樣有什么特點？
提示：與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。
3．寫出單縫衍射和雙縫干涉有什么相同點。
提示：①都是波特有的現象。
②都有明暗相間的條紋，都是光波疊加的結果。
X射線衍射與DNA的雙螺旋結構
在20世紀50年代，生物學家已經知道DNA是細胞中攜帶遺傳信息的物質，下一步就是要搞清楚DNA的結構，從而確定它的化學作用。這項研究的科學基礎，早在幾十年前已經由物理學家準備好了。
富蘭克林使用X射線拍照的DNA分子
一定波長的光通過某種光柵發生衍射時的圖樣是確定的。反過來，根據某個衍射圖樣就可以確定相應光柵的結構。晶體中原子的排列是規則的，它們可以充當天然的衍射光柵。然而，原子之間的間隙大約為10-10 m，遠小于可見光的波長，因此不能用可見光的衍射來研究分子的結構。X射線卻很適合這個工作。
物理學家布拉格父子(W．H．Bragg，1862—1942，W．L．Bragg，1890—1971)首先研究了晶體對X射線的衍射。衍射圖樣中斑點的強度和位置包含著有關晶體的大量信息。他們的工作奠定了X射線晶體結構分析的實驗和理論基礎，為此，布拉格父子共同獲得1915年諾貝爾物理學獎。
從1951年開始，英國生物學家威爾金斯和富蘭克林研究了DNA對X射線的衍射，獲得了一系列DNA纖維的X射線衍射圖樣，而美國生物學家沃森(J．D．Watson，1928至今)和英國生物學家克里克(F．H．C．Crick，1916—2004)則根據這些數據提出了DNA的雙螺旋結構模型。這是生物學史上劃時代的事件。它宣告了分子生物學的誕生，標志著生物學已經進入了分子水平。沃森、克里克和威爾金斯因此獲得了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。
　科學家們在研究DNA雙螺旋結構時，應用了光的什么特征？
提示：光的衍射。
課時分層作業(十四)　光的衍射
?題組一　光的衍射
1．下列現象中，不能產生明顯衍射的是(　　)
A．光的波長比孔或障礙物的尺寸大得多
B．光的波長與孔或障礙物的尺寸差別不大
C．光的波長等于孔或障礙物的尺寸
D．光的波長比孔或障礙物的尺寸小得多
D　[光能夠產生明顯衍射現象的條件是：光的波長與孔或障礙物的尺寸差別不大，或波長明顯大于孔或障礙物的尺寸，故選D。]
2．(雙選)用卡尺觀察光的衍射現象時，下列說法正確的是(　　)
A．卡尺形成的狹縫應平行于日光燈，且狹縫遠離日光燈，人眼也遠離狹縫進行觀察
B．卡尺狹縫平行于日光燈觀察時，可觀察到中央為白色光帶，兩側為彩色光帶，且彩帶平行于日光燈
C．狹縫由0.5 mm寬度縮小到0.2 mm，條紋間距變寬，亮度變暗
D．狹縫由0.5 mm寬度擴展到0.8 mm，條紋間距變寬，亮度變暗
BC　[用卡尺狹縫平行于日光燈，狹縫遠離日光燈，眼睛應靠近狹縫進行觀察，觀察到平行于日光燈的彩色條紋，且中央為白色條紋，A錯誤、B正確；狹縫越小，衍射現象越明顯，即條紋間距變寬，但亮度變暗，C正確、D錯誤。]
3．(雙選)沙塵暴是由于土地的沙化引起的一種惡劣的氣象現象，發生沙塵暴時能見度只有十幾米，天氣變黃變暗，這是由于這種情況下(　　)
A．只有波長較短的一部分光才能到達地面
B．只有頻率較大的一部分光才能到達地面
C．只有頻率較小的一部分光才能到達地面
D．紅光比紫光更容易穿過沙塵到達地面
CD　[據光發生明顯衍射的條件，發生沙塵暴時，只有波長較長的一部分光線能到達地面，據λ＝知，到達地面的光是頻率較小的部分。紅光比紫光波長大，更容易穿過沙塵，C、D正確。]
4．某研究性學習小組用激光束照射圓孔和不透明圓板后，分別得到如圖所示的衍射圖樣。據此可以判斷出(　　)
甲　　　　　　　　乙
A．甲是光線射到圓孔后的衍射圖樣，乙是光線射到圓板后的衍射圖樣
B．乙是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲是光線射到圓板后的衍射圖樣
C．甲、乙都是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲孔的直徑較大
D．甲、乙都是光線射到圓板后的衍射圖樣，乙板的直徑較大
A　[圓孔衍射圖樣是中央為大亮斑，而在圓板衍射圖樣中，中央為大陰影，只是在大陰影背景下中心處有一個小亮斑，此即為泊松亮斑。所以，題圖甲為圓孔衍射，題圖乙為圓板衍射。]
5．關于衍射光柵，下列說法不正確的是(　　)
A．衍射光柵是由許多等寬度的狹縫組成的
B．衍射光柵分為透射光柵和反射光柵兩類
C．透射光柵中有刻痕的部分相當于透光的狹縫
D．透射光柵中未刻痕的部分相當于透光的狹縫
C　[衍射光柵由一系列等距的平行刻痕或狹縫組成，刻痕處發生漫反射而不透光，未刻痕的部分相當于透光的狹縫，C說法錯誤，A、D說法正確；衍射光柵可分為透射光柵和反射光柵兩類，B說法正確。故選C。]
?題組二　光的衍射與光的干涉綜合
6．(雙選)如圖甲、乙所示是單色光通過窄縫后形成的明暗相間的兩種條紋圖樣，圖中陰影部分表示亮條紋，下列判斷正確的是(　　)
甲　　　　　　　　　　　　乙
A．甲為單縫衍射的圖樣
B．乙為雙縫干涉的圖樣
C．甲為雙縫干涉的圖樣
D．乙為單縫衍射的圖樣
AB　[題圖甲中央條紋最寬，兩側條紋間距呈對稱的漸小，是單縫衍射的特點，選項A正確，選項C錯誤；題圖乙條紋寬度幾乎不變，是雙縫干涉圖樣，選項B正確，選項D錯誤。]
7．(雙選)在楊氏雙縫干涉實驗中，如果(　　)
A．用白光作為光源，屏上將呈現黑白相間的條紋
B．用紅光作為光源，屏上將呈現紅黑相間的條紋
C．用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現彩色條紋
D．用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現間距不等的條紋
BD　[白光作楊氏雙縫干涉實驗的光源，屏上將呈現彩色條紋，A錯誤；用紅光作光源，屏上將呈現紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相間，B對；紅光和紫光頻率不同，不能產生干涉條紋，C錯誤；紫光作光源，遮住一條狹縫，屏上出現單縫衍射條紋，即間距不等的條紋，D對。]
8．在一束單色光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后，在光屏上得到如下四幅圖樣，關于光屏前傳播方向上放置的裝置，以下說法正確的是(　　)
甲　　　　　　乙　　　　　　丙　　　　　丁
A．甲是單縫、乙是雙縫
B．乙是雙縫、丙是小圓孔
C．丁是小圓孔、甲是雙縫
D．丙是小圓孔、丁是小圓板
D　[根據衍射與干涉圖樣的區別是：前者是中間亮條紋明且寬大，越向兩側寬度越小；后者明暗條紋寬度相等，可知甲是雙縫干涉條紋，乙是單縫衍射條紋；根據小孔衍射與泊松亮斑的區別可知，小圓孔做衍射的圖樣是中央較大的區域內是亮的，周圍是明暗相間的圓環，可知丙是小孔衍射，丁是小圓板衍射圖樣。所以只有D是正確的。]
9．(雙選)如圖所示，a、b兩束光以不同的入射角由介質射向空氣，結果折射角相同，下列說法正確的是(　　)
A．若用b做單縫衍射實驗，要比用a做中央亮條紋更寬
B．用a更易觀測到泊松亮斑
C．做雙縫干涉實驗時，用a光比用b光兩相鄰亮條紋中心的距離更大
D．b光比a光更容易發生明顯的衍射現象
AD　[設折射角為θ1，入射角為θ2，由題設條件知，θ1a＝θ1b，θ2a＜θ2b，由n＝，知na＞nb，所以λa＜λb，又Δy＝λ，故Δya＜Δyb，A正確，C錯誤；而波長越長，衍射現象越明顯，B錯誤；b光比a光更容易發生明顯的衍射現象，D正確。]
10．在太陽光照射下，肥皂泡的表面會出現彩色條紋；通過兩支并在一起的鉛筆狹縫去觀察發光的日光燈，也會看到彩色條紋，這兩種現象(　　)
A．都是光的衍射現象
B．都是光的干涉現象
C．前者是光的干涉現象，后者是光的衍射現象
D．前者是光的衍射現象，后者是光的干涉現象
C　[在太陽光照射下，肥皂泡的表面會出現彩色條紋，這是薄膜干涉現象；通過兩支并在一起的鉛筆狹縫去觀察發光的日光燈，也會看到彩色條紋，這是單縫衍射現象。選項C正確。]
13 / 13第3節　光的衍射
[學習目標]　
1．知道光的衍射現象，明確產生明顯衍射現象的條件。
2．掌握干涉與衍射的區別，會區分衍射條紋和干涉條紋。
3．會用實驗探究光的衍射規律，提高實驗能力。
4．了解衍射對分辨本領的影響和衍射光柵，體會生活中光的衍射現象的應用。
知識點一　衍射現象
1．光的衍射定義
光繞過障礙物________的現象稱為光的衍射。
2．衍射現象分類
(1)圓孔衍射。
(2)單縫衍射。
(3)邊緣衍射。
(4)泊松亮斑。
3．光的明顯衍射的條件
只有當障礙物或孔的尺寸________光的波長時，衍射才是明顯的。
　光的衍射現象證明光是一種波。
1．思考辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)衍射和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的。 (　　)
(2)所有光都能發生衍射現象。 (　　)
(3)紅光比紫光更容易發生明顯衍射現象。 (　　)
知識點二　衍射對分辨本領的影響及衍射光柵
1．一個光學儀器的分辨本領是指將彼此靠近的物體的像________的能力。
2．光學顯微鏡和望遠鏡等光學儀器，其透鏡就相當于小圓孔，透鏡直徑越小，產生的衍射現象越________，分辨本領就越低。
3．衍射光柵
(1)定義
在兩個螺桿上繃上許多平行的細金屬線，或者在玻璃片上刻上許多均勻的細槽。因為它有類似________的形狀，所以被稱為衍射光柵。衍射光柵可分為________光柵和________光柵。
(2)光柵衍射的圖樣
①在接收屏上得到的光柵衍射圖樣是________和________的共同結果。
②多縫干涉的結果使光柵衍射的亮條紋的寬度比單縫衍射時________得多。
　單縫衍射和雙縫干涉都是光波疊加的結果嗎？
2．思考辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)顯微鏡的鏡頭越小其分辨本領越低。 (　　)
(2)多縫干涉的結果使光柵衍射的寬度比單縫衍射時更寬。 (　　)
(3)光柵的衍射圖樣是單縫衍射和多縫干涉的共同結果。 (　　)
取三塊不透光的板，在每塊板的中間各開一個圓孔，三塊板所開的圓孔大小不一。先用點光源照射圓孔最大的那塊板，在屏上會出現一個明亮的圓形光斑圖a；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現圖b；最后用圓孔最小(直徑約為1 mm)的那塊板，在屏上會出現圖c。
(1)屏上圖b產生了什么現象？
(2)比較屏上圖b和圖c，說明了什么？
考點1　光的衍射
1．單縫衍射圖樣
(1)中央條紋最亮，越向兩邊越暗；條紋間距不等，越靠外，條紋間距越小，中央條紋最寬，兩邊條紋寬度變窄。
(2)縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮條紋的亮度降低。
(3)中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關，入射光波長越大，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。
(4)用白光做單縫衍射實驗時，中央亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中央亮條紋仍然最寬最亮。
2．圓孔衍射圖樣
(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小，如圖所示。
(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱。
(3)用不同色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮斑的直徑越大。
(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環。
(5)只有圓孔足夠小時才能得到明顯的衍射圖樣。在圓孔由較大直徑逐漸減小的過程中，光屏上依次得到幾種不同的現象——圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(衍射圖樣)。
3．不透明的小圓板衍射圖樣(泊松亮斑)
(1)中央是亮斑。
(2)形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環。
(3)周圍的亮環或暗環間距隨半徑增大而減小。
甲　　　　　乙
【典例1】　(雙選)在觀察光的衍射實驗中，分別觀察到如圖甲、乙所示的清晰的明暗相間的圖樣，圖中黑線為暗紋。那么障礙物應是(　　)
A．甲圖對應的障礙物應是小圓孔
B．甲圖對應的障礙物是小圓板
C．乙圖對應的障礙物應是小圓板
D．乙圖對應的障礙物是小圓孔
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　小圓板衍射與圓孔衍射的比較
(1)小圓板衍射與圓孔衍射均是明暗相間的圓形條紋，中心均有亮斑。
(2)圓孔衍射圖樣中心亮斑較大，而泊松亮斑較小。
(3)圓孔衍射圖樣中亮環或暗環間距隨半徑增大而增大，小圓板衍射圖樣中亮環或暗環間距隨半徑增大而減小。
(4)圓孔衍射圖樣的外側是黑暗的，而小圓板衍射圖樣的外側是明亮的。
[跟進訓練]
1．對于單縫衍射現象，下列說法正確的是(　　)
A．縫的寬度d越小，衍射條紋越亮
B．縫的寬度d越小，衍射現象越明顯
C．縫寬度d越小，光傳播路線越接近直線
D．入射光的波長越短，衍射現象越明顯
考點2　單縫衍射、雙縫干涉的比較
單縫衍射與雙縫干涉的比較
名稱 單縫衍射 雙縫干涉
不同點 產生條件 只要狹縫足夠小，任何光都能發生 頻率相同的兩列光波相遇疊加
條紋寬度 條紋寬度不等，中央最寬 條紋寬度相等
條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距
亮度 中央條紋最亮，兩邊變暗 條紋清晰，亮度基本相等
相同點 成因 都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的結果
意義 都是波特有的現象，表明光是一種波
【典例2】　如圖所示的四種明暗相間的條紋，是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。則在下面的四個圖中從左往右排列，哪個圖是黃光形成的條紋(　　)
A　　　　B　　　　C　　　　D
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　區分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法
(1)根據條紋的寬度區分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的，而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，而兩側的亮條紋逐漸變窄。
(2)根據亮條紋的亮度區分：雙縫干涉條紋，從中央亮紋往兩側亮度變化很小，而單縫衍射條紋的中央亮紋最亮，而兩側的亮紋逐漸變暗。
[跟進訓練]
2．如圖所示的四幅明暗相間的條紋圖樣，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是(　　)
A．紅　黃　藍　紫　　 B．紅　紫　藍　黃
C．藍　紫　紅　黃 D．藍　黃　紅　紫
1．對衍射現象的定性分析，不正確的是(　　)
A．光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物發生傳播的現象
B．衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結果
C．光的衍射現象為光的波動說提供了有力的證據
D．光的衍射現象完全否定了光的直線傳播結論
2．(源自人教版教材改編)用紅、藍兩種單色光做單縫衍射實驗，得到的圖樣如圖甲、乙所示，則(　　)
A．圖甲為紅光產生的圖樣，圖乙為藍光產生的圖樣
B．在相同介質中，圖甲對應單色光比圖乙對應單色光傳播速度大
C．減小單縫寬度，則兩個圖樣中央亮紋寬度變寬，亮度變亮
D．兩束單色光以相同入射角從水中射入空氣中，若空氣中只有一束光，則應為圖乙對應的單色光
3．(新情境題，以纖維細絲和激光為背景，考查光的衍射)(雙選)抽制高強度纖維細絲可用激光監控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時產生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規律相同。觀察光束經過細絲后在光屏上所產生的條紋即可判斷細絲粗細的變化，下列敘述正確的是(　　)
A．這里應用的是光的衍射現象
B．這里應用的是光的干涉現象
C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗
D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細
4．用一單色光源垂直照射帶有圓孔的不透明光屏，下列幾種情況中，在小孔后面的光屏上各看到什么現象？
(1)小孔的直徑為1 cm；
(2)小孔的直徑為1 mm；
(3)小孔的直徑為0.5 μm。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
回歸本節知識，自我完成以下問題：
1．試寫出光的明顯衍射的條件。
2．衍射光柵的衍射圖樣有什么特點？
3．寫出單縫衍射和雙縫干涉有什么相同點。
X射線衍射與DNA的雙螺旋結構
在20世紀50年代，生物學家已經知道DNA是細胞中攜帶遺傳信息的物質，下一步就是要搞清楚DNA的結構，從而確定它的化學作用。這項研究的科學基礎，早在幾十年前已經由物理學家準備好了。
富蘭克林使用X射線拍照的DNA分子
一定波長的光通過某種光柵發生衍射時的圖樣是確定的。反過來，根據某個衍射圖樣就可以確定相應光柵的結構。晶體中原子的排列是規則的，它們可以充當天然的衍射光柵。然而，原子之間的間隙大約為10-10 m，遠小于可見光的波長，因此不能用可見光的衍射來研究分子的結構。X射線卻很適合這個工作。
物理學家布拉格父子(W．H．Bragg，1862—1942，W．L．Bragg，1890—1971)首先研究了晶體對X射線的衍射。衍射圖樣中斑點的強度和位置包含著有關晶體的大量信息。他們的工作奠定了X射線晶體結構分析的實驗和理論基礎，為此，布拉格父子共同獲得1915年諾貝爾物理學獎。
從1951年開始，英國生物學家威爾金斯和富蘭克林研究了DNA對X射線的衍射，獲得了一系列DNA纖維的X射線衍射圖樣，而美國生物學家沃森(J．D．Watson，1928至今)和英國生物學家克里克(F．H．C．Crick，1916—2004)則根據這些數據提出了DNA的雙螺旋結構模型。這是生物學史上劃時代的事件。它宣告了分子生物學的誕生，標志著生物學已經進入了分子水平。沃森、克里克和威爾金斯因此獲得了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。
　科學家們在研究DNA雙螺旋結構時，應用了光的什么特征？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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