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第四章 光
4.4 光的衍射和偏振
1.知道什么是光的衍射，知道产生明显衍射现象的条件.
2.知道什么是光的偏振现象，知道光是一种横波.
【学习目标】
导入新课
我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？
一、光的衍射
(1)让一束红光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化.缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？
答案　大约0.8 mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱.
(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？
答案　会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环.
1.用单色平行光照射狭缝，当缝很 时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了 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 ，致使影的轮廓　　　　，出现　　　　的条纹.
3.发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸与光的波长　　，甚至比光的波长还　的时候，衍射现象十分明显.
窄
相当宽
衍射
明暗相间
模糊不清
相当
小
三种衍射图样的特点
1.单缝衍射
(1)单色光通过狭缝时，在屏幕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，光波波长长的中央条纹宽，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.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，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　关于光的衍射现象，下列说法正确的是
A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的圆环
B.白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹
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　红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹，A、B错误；
光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，是衍射现象，C正确；
D项屏中大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，D错误.
单缝衍射与双缝干涉的比较
1.不同点
(1)产生条件
单缝衍射：狭缝足够小(发生明显衍射)
双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加
(2)图样
单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，两侧亮条纹变暗
　变窄
双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹
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减弱的结果.
(2)都是波特有的现象，表明光是一种波.
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、乙是光的干涉图样
B.丙、丁是光的干涉图样
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
√
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A正确，B错误；
由公式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.
1.构成：由许多　　的狭缝　　　地排列起来形成的光学元件.
2.增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变　，亮度　　.
3.种类：　　　　和　　　　.
二、衍射光栅
等宽
等距离
窄
增加
透射光栅
反射光栅
三、光的偏振
如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？
答案　会看到在旋转Q时光的亮度发生变化.
偏振片的作用类似于狭缝，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过.
当偏振片Q与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强；
当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q.
1.偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也　　　　，这种现象称为“偏振现象”，横波的　　　　称为“偏振方向”.
2.光的偏振
(1)偏振片
由特定的材料制成，每个偏振片都有一个　　的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，这个方向叫作“　　方向”.
可能不同
振动方向
特定
透振
(2)自然光和偏振光
①自然光：太阳、日光灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于_______上沿 方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都 .这种光是“自然光”.
②偏振光：在垂直于　　　　的平面上，沿着　　　　的方向振动，这种光叫作偏振光.
(3)光的偏振现象说明光是一种　波.
传播方向
一切
相同
传播方向
某个特定
横
3.透振方向：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，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”.
4.光的偏振现象表明光是一种横波.
5.自然光与偏振光的比较
自然光 偏振光
不 同 点 光的 来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光或由某种介质反射或折射的光
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波的强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向(与偏振片透振方向一致)
相同点 不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直 例3　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光为自然光
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，在P处将看到光亮
√
解析　自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，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，故A错误；
它通过偏振片A后，即变为偏振光，故B错误；
设通过A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，P点才无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮，故C错误；
以SP为轴将B转过90°后，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，故D正确.
针对训练　如图所示，白炽灯的右侧依次放置偏振片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
A.A、B均不变
B.A、B均有变化
C.A不变，B有变化
D.A有变化，B不变
解析　旋转偏振片P，A处得到的是强度始终相同的偏振光，偏振光再经过偏振片Q，B处的光强随着P的转动而变化，当Q的透振方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时，B处的光强最弱，选项C正确.
√
SUITANGYANLIAN　 ZHUDIANLUOSHI
课堂练习
1.(光的衍射)对光的衍射现象的定性分析，错误的是
A.光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象
B.衍射条纹图样是光波相互叠加的结果
C.光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
D.光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论
1
2
3
4
√
解析　根据光的衍射现象的定义可知选项A正确；
衍射图样中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，选项B正确；
因为衍射是波特有的现象，所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项C正确；
当障碍物较大时，光的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的，选项D错误.
1
2
3
4
2.(单缝衍射与双缝干涉的比较)如图(a)所示是做双缝干涉实验的示意图.先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上、下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝.若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，红光波长大于蓝光波长，则
1
2
3
4
A.完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且
　甲是蓝色条纹，乙是红色条纹
B.完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案，且
　丙是蓝色条纹，丁是红色条纹
C.完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲
　是蓝色条纹，乙是红色条纹
D.完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹
√
解析　题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样.题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹.操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)图案，由图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A、B错误；
操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上出现的是题图(c)图案，再结合波长关系可知C错误，D正确.
1
2
3
4
3.(光的偏振)关于光的偏振现象，下列说法正确的是
A.偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同
B.自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光
C.光的偏振现象说明光是一种纵波
D.照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用
1
2
3
4
√
解析　自然光在垂直于传播方向上沿一切方向振动，且各个方向振动的光波强度都相同，而偏振光在垂直于传播方向上沿某个方向振动的光波强度最大，选项A错误；
自然光在水面反射时，反射光和折射光的振动方向不同，但都是一定程度的偏振光，选项B正确；
光的偏振现象说明光是一种横波，选项C错误；
照相机的增透膜，使得反射光线因发生干涉相消现象从而增大透光性，属于光的薄膜干涉的应用，选项D错误.
1
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3
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仓颉之初作书盖依类象形故谓之文其形声相益即谓之字文者物象之本字者言孳乳而浸多也著于竹帛谓之仓颉之初作书盖依类象形故谓之文其形声相益即谓之字文者物象之本字者言孳乳而
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