1、第5、6节 光的衍射光的偏振 激光 1观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点，区分双缝干涉与单缝衍射的图样。2知道产生明显衍射现象的条件。3观察光的偏振现象，知道光是横波。4知道自然光和偏振光的区别，知道偏振现象的一些应用。5了解激光的特点及其应用。一、光的衍射 1填一填(1)实验观察：在挡板上安装一个_可调的狭缝，缝后放一个光屏，用单色平行光照射狭缝。(2)实验现象：缝比较宽，在屏上产生一条与缝宽相当的_条纹。缝调到很窄时，亮条纹亮度_，但宽度_，而且还出现了_的条纹，中央亮条纹较宽。用白光做实验，得到的条纹是_的，但中央条纹是白色的。宽度亮降低增大明暗相间彩色(3)明显衍射的条件：障碍物或狭
2、缝的尺寸是_的时候，衍射现象十分明显。(4)衍射光栅 衍射光栅：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。衍射图样特点：衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。分类：_光栅和反射光栅。2判一判(1)单缝衍射图样中，中央条纹最宽最亮。()(2)入射光的波长越短，衍射现象越明显。()(3)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。()足够小透射3选一选 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
3、上现象都不会发生 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。答案：A二、光的偏振 1填一填(1)偏振 横波：质点的振动方向与波的传播方向_，具有偏振现象，质点振动方向称为_方向。纵波：质点的振动方向与波的传播方向在_上，没有偏振现象。(2)光的偏振 研究表明：光是一种_。偏振片：由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，这个方向叫作“透振方向”。光的振动方向与这个透振方向_时能顺利通过偏振片，_时不能通过偏振片。垂直偏振同一直线横波平行垂直自然光：垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿
4、着各个方向振动的光波的强度都_。偏振光：自然光透过某一偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光。(3)偏振现象的应用 照相机镜头前装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与水面和玻璃表面的反射光的偏振方向_，就可以减弱反射光进入镜头。相同垂直2判一判(1)横波和纵波都有偏振现象。()(2)自然光通过偏振片可以得到偏振光。()(3)只要光的偏振方向与偏振片的透振方向不垂直，就有光通过偏振片。()3想一想 自然光和偏振光有什么不同？提示：自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同，而偏振光只在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。三、激光的特点及其应用 1填一填(1)
5、普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。(2)激光：_相同、_恒定、振动方向一致的光波。(3)激光的三个特点 相干性好，频率单一：可以做双缝干涉实验和衍射实验，可被调制，用来传递信息。平行度非常好：传播很远的距离后仍能保持一定的强度。可用于激光测距。亮度很高：可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。可用于切割、焊接、打孔等，医学上可以用激光做“光刀”切除肿瘤，也可“焊接”剥落的视网膜。频率相位差2判一判(1)激光频率单一，可以进行光纤通信。()(2)激光可以切割、焊接，是因为激光的亮度高，能量大。()(3)激光可以在医学上被用作“光刀”，是因为
6、激光的平行度很好。()3想一想 利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？提示：应用了“平行度”非常好的性质。学透用活 1光的衍射现象和光的直线传播的关系 光的直线传播只是一个近似的规律，当障碍物或狭缝的尺寸很大时，光可以看成沿直线传播；在障碍物或狭缝的尺寸是足够小的时候，衍射现象就十分明显。2三种衍射图样的比较 三种衍射图样如图所示：光的衍射和衍射图样(1)单缝衍射图样 中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小，中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄。缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低。中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关
7、，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。用白光做单缝衍射实验时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。(2)圆孔衍射图样 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。圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。用不同色光照射圆孔时，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。白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏上依次得到几种不同的现象圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小
8、孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)。(3)圆屏衍射图样(泊松亮斑)中央是亮斑。形成泊松亮斑时，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。周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。典例1 让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现()A由大变小的三角形光斑，直至光斑消失B由大变小的三角形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失C由大变小的三角形光斑，明暗相间的黑白色条纹，直至条纹消失D由大变小的三角形光斑，小圆形的光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失解析 当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出
9、现的是三角形光斑，之后随着小孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着小孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现了明暗相间的衍射条纹，最后随小孔的闭合而全部消失，所以只有D是正确的。答案 D 规律方法(1)对于衍射条纹的特征用十二个字概括：“中宽边窄，中亮边暗，中白边彩”。其中“中白边彩”只适合于白光光源。(2)各种衍射图样的形状不同，而图样的分布规律、影响因素都是类似的。对点练清 1多选对于光的衍射的定性分析，下列说法中正确的是()A只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比拟甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地观察到光的衍射现象 B光的衍射现象是光波相互叠加的结果
10、C光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 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，而要出现小孔成像现象，孔不能太小，可见光的直线传播规律只是近似的，只有在光波波长比障碍物小得多的情况下，光才可以看作是直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播并不矛盾，它们是在不同条件下出现的两种光现象，单缝衍射实验中单缝光源可以看成是无限多个子光源排列而成，因此光的衍射现象也是光波相互叠加的结果。故上述选项中正确的有A、B、D。答案：ABD 2多选在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是()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
11、，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；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。答案：ACD 3用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图形，它们的特征是()A中央均为亮点的同心圆形条纹 B中央均为暗点的同心圆形条纹 C用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的 D用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的
12、解析：圆孔衍射实验图样，与单色光通过小圆盘得到的泊松亮斑，它们中央均为亮点的同心圆形条纹。故A正确，B、C、D错误。答案：A 学透用活 1单缝衍射与双缝干涉的比较 单缝衍射与双缝干涉的比较名称项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 产生条件 只要狭缝足够小，任何光都能发生 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，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等 相同点 成因 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 意义 都是波特有的现象，表明光是一种波 2三点提醒(1)单缝衍射可以理解为若干个光源
13、的干涉，从而理解条纹相间排列。(2)光波的波长增大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大。(3)复色光的衍射或干涉图样，可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加。典例2 如图所示的 4 种明暗相间的条纹分别是红光、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(黑色部分表示亮条纹)。在下面的 4 幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是()A红黄蓝紫 B红紫蓝黄C蓝紫红黄D蓝黄红紫解析 双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此 a、c 为双缝干涉条纹，b、d 为单缝衍射条纹。双缝干涉条纹的宽度即相
14、邻亮(或暗)条纹间距xld，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即 a、c 分别对应于红光和蓝光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，b、d 分别对应于紫光和黄光。综上所述，a、b、c、d 四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B 正确。答案 B 规律方法 区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的，而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹的中央亮条纹最亮，
15、两侧的亮条纹逐渐变暗。对点练清 1在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，图中属于光的单缝衍射图样的是()Aa、cBb、c Ca、dDb、d 解析：a图中是等间距的光的干涉图样，b图是单色光的单缝衍射图样，c图是水波的衍射图样，d图是白光的单缝衍射图样，可见D正确。答案：D2利用图1所示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是()A甲对应单缝，乙对应双缝 B甲对应双缝，乙对应单缝 C都是单缝，甲对应的缝宽较大 D都是双缝，甲对应的双缝间距较大 解析：单缝衍射图样的中央条纹亮且宽，相邻条纹间距不等；双缝干涉图样
16、中相邻条纹间距相等。根据题目中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样，A选项正确。答案：A 3在杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的有()A用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 B用红光作为光源，屏上将呈现红白相间的条纹 C用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹 D用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹 解析：用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现中央条纹为白色亮条纹而两边对称出现彩色条纹，A错；用红光作光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹(即黑条纹)相间的条纹，故B错；用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，由于频率不同，不
17、能发生干涉现象，屏上将不出现干涉条纹，故C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对。答案：D 学透用活 1自然光与偏振光的对比 光的偏振现象 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(与起偏器的透振方向一致)2偏振光的产生方式(1)自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也会变化。自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之
18、间的夹角恰好是90时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。(2)自然光经过偏振片(起偏器)后能形成偏振光。偏振光可以用另一个偏振片(检偏器)检验。3光的偏振的应用(1)摄影技术中的应用 光的偏振现象有很多应用，如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而可拍出清晰的照片。故人们把偏振滤光片叫作摄像机的“门卫”。(2)偏振片在汽车挡风玻璃上的应用 偏振片汽车司机的福音。在夜间行车时，迎面开来的车灯眩光
19、常常使司机看不清路面，容易发生事故。如果在每辆车灯玻璃上和司机座椅前面的挡风玻璃上安装一片偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45角，就可以解决这一问题。从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟司机座椅前挡风玻璃偏振片的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里。而从自己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己的挡风玻璃上的偏振片的透振方向相同，所以司机仍能看清自己的车灯照亮的路面和物体。典例3 多选如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则()A图中a光为偏振光 B图中b光为偏振光 C以SP为轴将B转过180后，在P处将看到光亮 D以SP为轴将B转过90后
20、，在P处将看到光亮 解析 自然光沿各个方向发散是均匀分布的。通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，选项A错误；它通过A偏振片后，即变为偏振光，选项B正确；设通过A的光沿竖直方向振动，若B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，将B转过180后，P处仍无光亮，选项C错误；若将B转过90，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，选项D正确。答案 BD 规律方法(1)偏振片是由特殊材料制成的，每个偏振片都有特定的透振方向，沿与透振方向垂直振动的光不能透过偏振片。(2)获得偏振光的两种方式 让自然光通过偏振
21、片；自然光射到两种介质的分界面上，反射光和折射光都是偏振光。对点练清 1在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是()A减弱反射光，从而使景物的像清晰 B增强反射光，从而使景物的像清晰 C增强透射光，从而使景物的像清晰 D减弱透射光，从而使景物的像清晰 解析：由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光。答案：A 2多选如图，P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中哪种照射P时能在P的另一侧观察到透射光()A太阳光 B沿竖直方向振动的光 C沿水平方向振动的光
22、 D沿与竖直方向成45角振动的光 解析：光是横波，振动方向与传播方向垂直，振动方向垂直于偏振片的光不能通过偏振片，沿其他方向振动的光可以全部或部分通过偏振片，故答案为A、B、D。答案：ABD3关于自然光和偏振光，下列观点正确的是()A自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能 B只有自然光透过偏振片才能获得偏振光 C自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光 D自然光和偏振光都能使感光底片感光 解析：光振动沿垂直于传播方向的各个方向均匀分布的光就是自然光，而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，所以A错；光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到
23、的绝大部分光，都是偏振光，所以B错；光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，所以D对。答案：D 学透用活 1激光的产生 激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。2激光的特点(1)激光是人工产生的相干光，其单色性好，相干性好。激光的频率单一，相干性非常好，颜色特别纯。用激光做衍射、干涉实验，效果很好。激光的特点及其应用(2)激光的平行度好。从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯
24、的光束能扩展到几十米范围。(3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。3激光的应用(1)光纤通信；(2)激光测距；(3)激光读写；(4)激光加工；(5)激光手术(亦称光刀手术)；(6)激光武器；(7)可控聚变反应中的应用。典例4 多选关于激光的应用，下列说法中正确的是()A激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好和亮度高，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度 B由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息 C用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响 D能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光通过地球大气
25、不会发生折射 解析 激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好和亮度高，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度，故A正确；由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故B正确；用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光方向性好、能量高；能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好，方向性好，但都会不同程度地受大气影响，故C、D错误。答案 AB 对点练清 1对于激光的认识，以下说法中正确的是()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激光一定比普通光的强度大 解析：激光是原子受激辐射产生的光，是人工
26、产生的一种相干光，与普通光源发出的光不同，所以C正确，A、B错误；用途不同，不同激光的强度大小并不相同，激光不一定比普通光的强度大，D错误。答案：C 2激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船。激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的()A单色性好 B平行度好 C高能量 D相干性好 解析：利用激光的高能量特点，使推进剂急剧膨胀，喷出类似于现代火箭的燃料燃烧后产生的燃气流。答案：C3多选以下说法正确
27、的是()A光纤通信利用了激光相干性好的特点 B激光武器利用了激光亮度高的特点 C激光写、读利用了激光亮度高的特点 D激光加工、激光手术利用了激光亮度高的特点 解析：由于激光频率单一、相干性好，故可用来光纤通信，故A正确；激光亮度高，能量大，激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光的这个特点，故B、D正确；激光方向性好、平行度高，可以会聚到很小的一点，激光写、读利用了激光的这个特点，故C错误。答案：ABD 一、偏振光的能量变化分析(科学思维)选自鲁科版教材P130第2题 将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过。如果将其中的一个偏振片逐渐旋转180，在旋转过程中，透过偏振片的光(
28、)A先增强，然后又减弱到零 B先增强，然后减弱到非零的最小值 C在整个过程中都增强 D先增强，再减弱，然后又增强 解析：将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过，说明两个偏振片的透振方向相互垂直，当其中一个偏振片逐渐旋转90的过程中，透振方向逐渐变为相同，透过偏振片的光变为最强，再逐渐旋转90的过程中，透振方向逐渐变为垂直，透过偏振片的光逐渐减弱到零，故选项A正确。答案：A 二、光盘为什么能记录大量的信息(科学思维)选自鲁科版教材P133第2题 一张光盘可记录几亿个字节，其信息量相当于数千本十多万字的书，其中一个重要原因就是光盘上记录信息的轨道可做得很密，1 mm的宽度至少可容纳650条轨道。这是应用了激光的什么特性？提示：这是利用了激光的平行度好的特性，因平行度好，所以激光可以读取很密的轨道内储存的信息。
