1、第 3 讲 光的衍射与偏振第 4 讲 激光目标定位 1.知道光产生明显衍射现象的条件，了解几种不同衍射现象的图样.2.能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析.3.认识光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别，能用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象.5.了解激光的特性及应用一、光的衍射1概念：光通过很小的狭缝(或圆孔) 时，明显地偏离了直线传播 方向，在屏上散开到相当大的范围，这种现象叫做光的衍射2衍射图像(1)定义：衍射时产生的明暗条纹或光环(2)特点：单色光：中央有一条较宽较亮的条纹，两边是对称而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱白光：中央是一条白条纹，两边是很
2、快减弱的彩色条纹3光的衍射现象进一步证明了光具有波动性二、光的偏振1线偏振光：如果光振动的方向限在一个平面，这种光叫线偏振光2自然光：通常光源发出的光(包括太阳光) 是由大量的、 振动方向不同而互不相干的线偏振光组成的，称为自然光3光的偏振现象进一步证实光是横波三、激光1激光的特殊性质：强度大、方向性好、单色性好、相干性好、覆盖波段宽而且可调谐2激光具有广泛的应用：如激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排、光盘等.一、对光的衍射的理解1光产生明显衍射的条件障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长小2衍射图样的特点(1)单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现
3、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，中央为白条纹波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大图 1(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 1 所示(3)圆板衍射(泊松亮斑 )若在单色光(如激光)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 2 所示图 2中央是亮斑，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例 1 在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( )A将入射光由黄光换成
4、绿光，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，A、C 正确；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，B 错误 ；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，D 正确答案 ACD二、单缝衍射与双缝干涉的比较1不同点(1)产生条件Error!(2)图样Error!2相同点(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果(2)都是波特有的现象，表明光是一
5、种波例 2 如图所示的 4 种明暗相间的条纹，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，哪个图是蓝光形成的干涉图样( )解析 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条 纹宽 度相同且等间距；波长越短，条纹间距越小，故 A 是蓝光的干涉图样，C 是红光的干涉图样 ；单缝衍射条纹是中间亮且宽，越向两侧宽度越小越暗；波长越长，中央亮条 纹越宽，故 B、D 是衍射图样；因紫光比黄光波长短，所以 B 是紫光的衍射图样，D 是黄光的衍射图样选项 A 正确答案 A三、对光的偏振的理解1偏振片上的“狭缝”表示透
6、振方向，而不是刻上的真实狭缝2只要光的振动方向不与透振方向垂直，都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些3自然光和偏振光自然光 偏振光光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏器透振方向一致)举例太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光自然光在介质表面反射和折射形成的光4.偏振现象的应用举例(1)在摄影中的应用：在镜头前安装一片偏振滤光片，可以阻挡反射光进入镜头(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向垂直的偏振片
7、当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字(3)夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理(4)立体电影也利用了光的偏振原理例 3 如图 3 所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片 P 和 Q，A 点位于 P、Q 之间，B点位于 Q 右侧旋转偏振片 P，A、B 两点光的强度变化情况是( )图 3AA、B 均不变 BA、B 均有变化CA 不变，B 有变化 DA 有变化，B 不变解析 白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片 P 时各方向透射光强度相同，故 A 点光的强度不变；白炽灯光经偏振片 P 后为偏振光，当 P 旋转时，透 过Q 的光的强度发生变化，因此 B 点的光强有
8、变化，选项 C 正确答案 C四、激光的应用1激光加工、激光医学(强度大、能量高度集中 )2激光雷达测距、测速、光盘(方向性好，结合多普勒效应) 3激光全息照相、激光检测(相干性好) 4激光通信(覆盖波段宽而且可调谐 )例 4 下列说法正确的是( )A激光可用于测距B激光能量十分集中，只可用于加工金属材料C外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染D激光可用于全息照相，有独特的特点解析 激光平行度好，即使在 传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，选项 A 正确；激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，选项 B 错误；激光具有很高的相
9、干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感 较强，选项 D 正确；由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤的同时，也能杀灭细 菌，所以 选项 C 正确答案 ACD光的衍射现象1光的衍射现象，下面说法正确的是( )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暗相间的直条纹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，不存在光的衍射解析 单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹白光的衍射图样是彩色条纹光照到不透明小圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象光的衍射现象只有明显与不明显之分，D 项
10、中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象答案 AC单缝衍射与双缝干涉图样的比较2如图 4 所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样下列判断正确的是(图中黑色表示亮条纹)( )A甲为单缝衍射的图样B乙为双缝干涉的图样C甲为双缝干涉的图样 图 4D乙为单缝衍射的图样解析 双缝干涉图样的条纹间隔是均匀的， 单缝衍射的条 纹是中间宽、两 侧逐渐变窄，由此可见选项 A、B 正确答案 AB光的偏振3鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物(糖) 的含量是一个重要指标，可以用 “旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左
11、或向右旋转一个角度 ，这一角度 称为“旋光度” ， 的值只与糖溶液的浓度有关，将 的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了如图 5 所示，S 是自然光源，A、B 是偏振片，转动 B，使到达 O 处的光最强，然后将被测样品 P 置于 A、B 之间，则下列说法中正确的是( )图 5A到达 O 处光的强度会明显减弱B到达 O 处光的强度不会明显减弱C将偏振片 B 转动一个角度，使得 O 处光的强度仍为最大，偏振片 B 转过的角度等于 D将偏振片 A 转动一个角度，使得 O 处光的强度仍为最大，偏振片 A 转过的角度等于 解析 自然光通过偏振片后得到垂直于光的传播方向与偏振片的透振方向平行的
12、偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏振方向 发生了偏转，即相 对于光的 传播方向向左或向右旋转一个角度 ，到达 B 的光的偏振方向与 B 的透振方向不完全一致，故 O处光的强度会明显减弱，故 A 正确，B 错误；若将 A 或 B 转动一个角度，使得 O处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于 ，故 C、D 都正确答案 ACD激光的应用4在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的( )A强度大 B方向性好C相干性好 D覆盖波段宽且可调谐解析 频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光具有高度的相干性，通过双缝时能够得到两束相干光故本题的正确答案是 C.答案 C题组一 光的衍射1对于光
13、的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是( )A只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比相差不大甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象B光的衍射现象是光波相互叠加的结果C光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论D光的衍射现象说明了光具有波动性解析 光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线传播，而要出现小孔成像，孔不能太小，光的直线传播规律只是近似的，只有在光的波 长比障碍物小很多的情况下，光才可以看成是直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，故上述 选项中正确的是 A、B、D.答案 ABD2关于衍射现象，下列说法正确的是(
14、 )A泊松亮斑是光的衍射现象B当障碍物的尺寸比波长大很多时，能发生明显的衍射现象C缝的宽度越小，光的传播路线越接近直线D只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象答案 A3在一次观察光衍射的实验中，观察到如图 1 所示的清晰的明暗相间图样(黑线为暗条纹) ，那么障碍物应是( )图 1A很小的不透明的圆板B很大的中间有大圆孔的不透明的圆板C很大的不透明圆板D很大的中间有小圆孔的不透明的圆板解析 由图可知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，且越向外，圆形条纹宽度越小，可判断此图样为圆 孔衍射图样，故 选项 D 正确；有的同学误选为 A，要注意很小的不透明的圆板产生的图样中
15、心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在阴影区的边缘有明暗相间的圆环，它与 圆孔衍射的图样是不同的答案 D4使太阳光垂直照射到一块遮光板上，板上有可以自由收缩的正方形孔，孔的后面放置一个光屏，在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中，光屏上依次可以看到几种不同的现象，试把下列现象依次排列_A圆形光斑B明暗相间的彩色条纹C变暗消失D正方形光斑E正方形光斑由大变小解析 由于光的波长很短，因此当孔很大 时，不会 发生明显 的衍射现象，此时可看作光是近似沿直线传播的，在屏上得到孔的影；当孔继续减小时， 虽 不能使光发生明显的衍射现象，但可以在屏上得到太阳的像，即小孔成像；孔再继续减小时，光开始发生明显的衍射
16、现象，出现明暗相间的彩色条纹；孔进一步减小直到闭合时，由于穿 过 光的能量减小而使光线变暗直至消失答案 DEABC题组二 光的衍射与干涉的比较5关于衍射，下列说法中正确的是( )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影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实解析 干涉和衍射都是波叠加的结果，干涉中有衍射 现象，衍射中也有干涉现象当障碍物的尺寸远大于波长时，衍射现 象不明显，因而形成影，但影的形成与衍射 现象并不矛盾答案 AB6在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图 2 的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
17、图 2Aa、c Bb、c Ca、d Db、d解析 单缝衍射条纹的特点是中央亮条 纹最宽、最亮，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以 a 是干涉条纹，b、d 是单缝衍射条纹， c 是水波的衍射图样答案 D7一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
18、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，干涉图样为等间距的明暗相 间的条纹，而衍射 图样两 侧为不等间距的明暗相间的条纹，且亮度迅速减弱，所以本题正确 选项为 B.答案 B题组三 光的偏振8下列现象中可以说明光是横波的是( )A光的干涉现象 B光的衍射现象C光的全反射现象 D光的偏振现象解析 光能发生干涉和衍射现象， 说明光是一种波，具有波动性；光的全反射现象，说明光由光密介质进入光疏介质和由光疏介质进入光密介质会有不同的现象；光的偏振现象说明光的振动方向与传播方向垂直，即 说明光是横波，所以正确 选项为 D.答案 D9光的偏振现象说明光是横波，下列现象
19、中能反映光的偏振特性的是( )A一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是 90时，反射光线是偏振光C日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片，可以使景象更清晰D通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹解析 自然光通过第一个偏振片后形成单一振动方向的偏振光，再通过第二个偏振片时，若偏振片的透射方向与此偏振光的振动方向垂直， 则无光透 过第二个偏振片，若二者平行 则透射光最强，故选项 A 反映了光的偏振现象；一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线垂直时
20、，反射光 线和折射光线都是偏振光且偏振方向垂直，选项 B 反映了光的偏振；拍摄水中景物或玻璃橱窗中景物时，由于水或玻璃表面反射光较强，使所拍 摄景物不清晰，在照相机镜头前装上偏振片，使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，可以有效防止反射光进入照相机，从而所拍景象更清晰，选项 C 反映了光的偏振；通过手指间的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射 现象答案 ABC10下面关于光的偏振现象的应用正确的是( )A自然光通过起偏器后成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向B立体电影利用了光的偏振现象C茶色眼镜利用了光的偏振现象D拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光
21、的影响答案 ABD11如图 3 所示，A、B 为两偏振片，一束自然光沿 OO 方向射向 A，此时在光屏 C 上，透射光的强度最大，则下列说法中正确的是( )图 3A此时 A、B 的透振方向平行B只有将 B 绕 OO轴顺时针旋转 90，屏上透射光的强度最弱，几乎为零C不论将 A 或 B 绕 OO轴旋转 90，屏上透射光的强度最弱，几乎为零D将 A 沿顺时针旋转 180，屏上透射光的强度最弱，几乎为零解析 当 A、B 两偏振片的透振方向平行时，光屏上的光 强度最大；当二者透振方向垂直时，光屏上的光强度最小，几乎为 零，由此可知 A、C 选项正确答案 AC题组四 激光及应用12对于激光的认识，以下说
22、法正确的是( )A普通光源发出的光都是激光B激光是自然界普遍存在的一种光C激光是一种人工产生的相干光D激光已深入到我们生活的各个方面解析 激光是人工产生的相干光，并不能由普通光源发出，激光在我们日常生活中有着重要的应用答案 CD13让激光照到 VCD 机、CD 机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音或图像，这是利用激光的( )A方向性好，可以会聚到很小的一点上B相干性好，可以很容易形成干涉图样C强度大，可以在很短时间内集中很大的能量D波长短，很容易发生明显的衍射现象解析 激光的特点之一是方向性好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、 CD 唱机或电脑上的光驱
23、及刻录设备就利用了激光的这一特点， 选项 A 正确，B 、C、D 错误答案 A题组五 综合应用14如图 4 所示，两束单色光 a、b 从水下射向 A 点，光线经折射后合成一束光 c，则下列说法正确的是_图 4A用同一双缝干涉实验装置分别以 a、b 光做实验，a 光的干涉条纹间距大于 b 光的干涉条纹间距B用 a、b 光分别做单缝衍射实验时它们的衍射条纹宽度都是均匀的C在水中 a 光的速度比 b 光的速度小D在水中 a 光的临界角大于 b 光的临界角E若 a 光与 b 光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是a 光Fa 比 b 更容易发生衍射现象解析 假设 a为红光，b 为紫光，红光的波长最长，在介质中的速度最大，临界角最大，不易发生全反射，衍射本领最强据此可判断选项 C、E 错误，D、F 正确；波长越长，干涉条 纹间距越大，选项 A 正确；光的衍射条纹宽度不均匀， 选项 B 错误 答案 ADF
