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第四章 光
5．光的衍射　6．光的偏振　激光
[学习目标]　1．了解光的衍射现象、偏振现象，知道激光的特性。2．知道自然光和偏振光的区别。3．借助实例分析推理知道光是横波。4．通过观察得出光明显衍射的条件。5．经历光的偏振实验的过程，体会偏振光的特性。6．通过生活中实例的观察，引导学生体会物理之美，培养学习兴趣。
[教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况
问题1　光发生明显衍射的条件是什么？
问题2　光的偏振说明光是横波还是纵波？
问题3　激光的特点是什么？
探究重构·关键能力达成
1．光的衍射
(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。
知识点一　光的衍射与衍射光栅
窄
相当宽
(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________，出现________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跟光的波长____，甚至比光的波长还__的时候，衍射现象十分明显。
提醒：一般情况下，障碍物的尺寸比光的波长大得多，衍射现象不明显，故可近似认为光沿直线传播。
模糊不清
明暗相间
相当
小
2．衍射光栅
(1)结构
由许多____的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。
(2)衍射图样特点
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度____，亮度____。
等宽
变窄
增加
【思考讨论】　取三块不透光的板，在每块板的中间各开一个圆孔，三块板所开的圆孔大小不一。先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现图(a)所示光斑；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图(b)所示光斑；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现图(c)所示光斑。
问题1　图(b)中的屏上产生了什么现象？
提示：衍射。
问题2　比较屏上图(b)和图(c)说明了什么？
提示：孔越小，衍射现象越明显。
【知识归纳】　
1．产生明显衍射的条件
障碍物的尺寸跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射现象。对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物尺寸越小，衍射现象越明显。由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多。
2．三种不同的衍射现象及特点
(1)单缝衍射
①现象：如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上。若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区域出现明暗相间的条纹，即发生了明显的衍射现象。
②单缝衍射图样的四个特点
a．中央条纹亮而宽。
b．两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱。
c．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。
d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。
(2)圆孔衍射
①现象：圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大
时，光屏上出现如图乙(a)中所示的情形，光沿直线传播，
无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上
出现如图乙(b)中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环。
②圆孔衍射图样的两个特点
a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外，圆环亮度越低。
b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象
①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙(c)所示。
②障碍物的衍射图样的特点
圆形阴影中心有一亮斑，圆形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。与小孔衍射图样有明显区别。
【典例1】　(衍射现象)在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到(　　)
A．黑白相间的直条纹
B．黑白相间的弧形条纹
C．彩色的直条纹
D．彩色弧形条纹
√
C　[白炽灯发出的是复色光，可以看到间距不同的、彩色的衍射条纹，由题意知灯管平行于狭缝，所以条纹与狭缝平行，为彩色的直条纹，故C正确，A、B、D错误。]
【典例2】　(双缝干涉与单缝衍射图样的区分)(多选)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，则(　　)
A．完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹
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
√
√
AD　[题图(b)中的条纹为等间距且明暗相间条纹，是干涉图样；题图(c)中的条纹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，由题图(b)知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙是蓝色条纹；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上出现题图(c)图案，再结合波长关系可知丙是红色条纹，丁是蓝色条纹，故A、D正确，B、C错误。]
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纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗。
【链接教材】　人教版P108图4.6-1、图4.6-2所示：结合绳波和弹簧波的特点，分析这两种波能否通过狭缝？
知识点二　光的偏振
提示：当绳波振动方向与狭缝方向一致时，绳上的横波能穿过狭缝，当绳波振动方向与狭缝方向不一致时，绳上的横波不能穿过狭缝；在弹簧上传播的纵波，无论狭缝的取向如何，波都能穿过。
【知识梳理】　
1．偏振
(1)不同的横波，即使________相同，____方向也可能不同的现象。称为“偏振现象”。
(2)横波的____方向称为“偏振方向”。
(3)偏振现象是____的特有现象，____没有“偏振现象”。
传播方向
振动
振动
横波
纵波
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，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作____方向。
(2)自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在____于传播方向上沿____________的光，而且沿着各个方向振动的光波的____都相同。
特定
透振
垂直
一切方向振动
强度
(3)偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光叫作偏振光。
提醒：(1)通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，偏振片不改变光的频率和颜色。
(2)偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实的狭缝。
3．偏振现象的应用
摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向____，就可以减弱反射光的影响。
垂直
【思考讨论】　如图所示，一束自然光通过偏振片(偏振片上用箭头表示其透振方向)照射到光屏上。
问题　上面各图中光屏亮暗情况如何？
提示：自然光通过偏振片后成为偏振光，当偏振光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时不能够通过，故甲、乙、丁中光屏是亮的，丙中光屏是暗的。
【知识归纳】　
1．偏振片和透振方向
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，只有沿着某个特定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”。
2．自然光和偏振光的比较
自然光 偏振光
成因 从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光 自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光
振动
方向 在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动 在垂直于传播方向的平面内，只有一个振动方向
自然光 偏振光
经偏振片后现象比较

自然光 偏振光
经偏振片后现象比较 如图所示，通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，转动偏振片，偏振光的亮度不变，但偏振方向随之变化 如图所示，偏振光经偏振片后，若偏振方向与透振方向平行，屏亮；若垂直，则屏暗；若介于两者之间，则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗
【典例3】　(光的偏振原理)如图所示，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(　　)

A．光的偏振现象说明光是纵波
B．自然光垂直于OO′方向振动的光波的强度不相同
C．只将A绕OO′轴旋转30°时，屏上透射光的强度不为零
D．只将B绕OO′轴旋转180°时，屏上透射光的强度几乎为零
√
C　[光的偏振现象说明光是横波，A错误；自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同，B错误；开始时自然光通过两偏振片后在光屏C上透射光的强度最大，说明两偏振片的偏振方向是平行的，只将A绕OO′轴旋转30°时，两偏振片的偏振方向不垂直，屏上透射光的强度不为零，C正确；只将B绕OO′轴旋转180°时，两偏振片的偏振方向仍平行，透射光的强度最大，D错误。]
规律方法　对偏振光的理解
(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光，透射光的偏振方向与偏振片的放置有关，但光的强度与偏振片的透振方向无关。
(2)偏振光通过偏振片时，透射光的强度与偏振方向和透振方向的夹角大小有关。
【典例4】　(2024·江苏卷)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90度，会观察到(　　)
A．两镜片都变亮
B．两镜片都变暗
C．两镜片没有任何变化
D．左镜片变暗，右镜片变亮
√
D　[立体眼镜的左、右两镜片为透振方向相互垂直的偏振片，开始时左镜片明亮、右镜片暗，则手机液晶屏幕发出的光的振动方向与左镜片的透振方向一致，手机屏幕旋转90°，其屏幕发出的光的振动方向与右镜片的透振方向一致，则左镜片变暗，右镜片变亮，D正确。]
1．激光：激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的频率____、相位差____、振动方向一致。
2．激光的特点
(1)高度的相干性：激光是人工产生的相干光，其单色性好、______好。激光的频率单一、颜色纯净，用激光做衍射、干涉实验效果很好。
知识点三　激光的特点与应用
相同
恒定
相干性
(2)平行度好：从激光器发出的激光具有极好的____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，激光的扩展范围不过几厘米，而探照灯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____。
平行
能量
激光的特点及应用
特点 性质 应用
相干性 激光具有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信
特点 性质 应用
平行度 激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度 进行精确的测距；读取光盘上记录的信息等
亮度高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等
【典例5】　(激光的特点和应用)(多选)激光的诞生是一件大事，它使人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。下列关于激光的特性及其应用，说法正确的是(　　)
A．医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性
B．实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光的相干性
C．激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好的特点
D．激光束很容易在坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高的特点
√
√
√
BCD　[医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的亮度高、强度大、能量集中的特点，A错误；实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光频率单一、相干性好的特点，B正确；激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好的特点，C正确；激光束很容易在坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高、强度大、能量集中的特点，D正确。]
【教用·备选例题】　(多选)以下说法正确的是(　　)
A．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性
B．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象
C．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物
D．普通摄像技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息摄像技术还可以记录光波的相位信息
ACD　[激光也可以发生衍射现象，故B错误，选ACD。]
√
√
√
应用迁移·随堂评估自测
1．2023年诺贝尔物理学奖颁发给“为研究物质中的电子动力学，而产生阿秒激光的实验方法”方面所做出贡献的三位科学家。关于激光的应用，下列说法正确的是(　　)
A．全息照片拍摄是利用了激光的全反射原理
B．利用激光是相干光，可以用在雷达上进行精确的测距
C．由于激光平行度好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息
D．利用激光亮度高，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜
√
D　[全息照片拍摄是利用了激光的频率单一，相干性好的特点，能够产生明显的干涉现象，故A错误；利用激光平行度好的特点，可以用在雷达上进行精确的测距，故B错误；利用激光相干性好的特点，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故C错误；利用激光的光强度大、能量集中的特点，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜，故D正确。]
2．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样。下图中属于光的单缝衍射图样的是(　　)
√
A．(a)(c) 　 B．(b)(c)
C．(a)(d) 　 D．(b)(d)
D　[题图(a)中是等间距的光的干涉图样，题图(b)是单色光的单缝衍射图样，题图(c)是水波的衍射图样，题图(d)是白光的单缝衍射图样，D正确。]
3．用如图所示装置研究偏振现象，P1、P2是两块完全相同的圆形偏振片，A、B为观测点，A、B和两块偏振片的中心共线，且偏振片与AB连线垂直，两偏振片可绕AB连线转动，下列说法正确的是(　　)

A．固定P1，转动P2，则A、B处光强均发生变化
B．固定P2，转动P1，则A、B处光强均不发生变化
C．同时转动P1和P2，A处光强不变，B处光强可能变化
D．同时转动P1和P2，A、B处光强均发生变化
√
C　[自然光沿着各个方向振动的光波强度均相同，故无论是否转动P1和P2，A处光强均不变，故A、D错误；若转动P1，固定P2，当两偏振片的狭缝平行时，B处光强最大，当两偏振片的狭缝垂直时，B处光强最小，故B处光强可能变化，故B错误；同时转动P1和P2，由B项分析可知，B处光强可能变化，故C正确。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．光发生明显衍射的条件是什么？
提示：障碍物或孔的尺寸与波长相差不多，甚至比波长还小。
2．什么是光的偏振现象？
提示：不同的横波即使传播方向相同，振动方向也可能不同的现象。
3．激光有哪些特性？
提示：具有高度的相干性，平行度好，亮度高。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
?题组一　光的衍射
1．关于光现象及其应用，下列说法正确的有(　　)
A．利用光的偏振现象可以检查平面的平整度
B．光导纤维利用全反射的原理，其内芯的折射率小于外套的折射率
C．光经过大头针尖儿时，大头针尖儿边缘轮廓会模糊不清，这是光的衍射现象
D．拍摄玻璃橱窗中的物品时，为消除玻璃表面反射光的干扰，需要在照相机镜头前加装偏振片，该装置利用的是薄膜干涉原理
课时分层作业(十九)　光的衍射　光的偏振　激光
C　[检查平面的平整度是利用光的干涉原理，故A错误；光导纤维是利用了光的全反射原理，其内芯的折射率大于外套的折射率，故B错误；光经过大头针尖儿时，大头针尖儿边缘轮廓会模糊不清，这是光的衍射现象，故C正确；反射光是偏振光，拍摄玻璃橱窗中的物品时，为消除玻璃表面反射光的干扰，需要在照相机镜头加装偏振片，该装置利用的是光的偏振原理，故D错误。]
题号
1
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12
√
2．(多选)抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述正确的是(　　)
A．该装置应用的是光的衍射现象
B．该装置应用的是光的干涉现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
题号
1
3
5
2
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12
√
AD　[激光束越过细丝，即绕过障碍物，所以该装置应用的是光的衍射现象，当抽制的丝变细时，衍射现象变明显，条纹变宽，A、D正确，B、C错误。 ]
题号
1
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12
√
3．如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、黄光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及绿光、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)。四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)
题号
1
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A．黄绿红紫　　　 B．黄紫红绿
C．红紫黄绿 　 D．红绿黄紫
题号
1
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12
4．关于光的干涉、光的衍射、光的偏振实验，下列描述错误的是
(　　)
题号
1
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12
A．甲图为单缝衍射图样，乙图为双缝干涉图样
B．改用波长较长的入射光实验，甲图中条纹间距变大
C．色彩斑斓的肥皂泡和五颜六色的油膜的形成原理与丙图相同
D．用照相机拍摄水下景物时，使用偏振镜可以减少水面反射光的干扰应用了丁图的原理
题号
1
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√
题号
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√
?题组二　光的偏振
5．下列关于光现象说法正确的是(　　)
A．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄月亮时可减弱反射光，使景象更清晰
B．偏振是纵波特有的现象，光导纤维传递信号利用了光的偏振原理
C．十字路口交通信号灯三种色光中，红光波长最短，最不易发生明显衍射
D．自然界中某些天然物体也可以发出激光，激光不能发生衍射现象
题号
1
3
5
2
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12
A　[在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄月亮时可减弱反射光，从而使景象更清晰，A正确；偏振现象是横波特有的现象，纵波无偏振现象，光导纤维是根据光的全反射原理制成的，B错误；交通信号灯采用的红黄绿三种色光中，红光波长最长，最容易发生明显衍射，C错误；激光是用人工方法激发的一种特殊的光，激光是一种电磁波，只要是电磁波就能发生衍射现象，D错误。]
题号
1
3
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2
4
6
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11
12
√
6．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车的司机照射得睁不开眼睛，影响行车安全，若将汽车前灯玻璃和汽车前窗玻璃都改用偏振玻璃，使双方司机都看不见对方耀眼的灯光，但能看清自己车灯发出的光所照亮的物体，则所有的汽车前窗玻璃、前灯玻璃的透振方向应该是(　　)
A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向也是竖直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，前灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃的透振方向和前灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
题号
1
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12
D　[如果每辆汽车的前灯玻璃和前窗玻璃都改为偏振玻璃，并使它们的透振方向都斜向右上(或左上)跟水平方向成45°角，就可以解决这个问题。这时，从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟自己前窗玻璃上的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里；而从自己车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己前窗玻璃上的透振方向相同，所以司机仍能看清自己车灯照亮的路面和物体。故选D。]
题号
1
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12
7．鉴别奶粉的质量时，奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，用“旋光法”可以测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α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，则下列说法不正确的是(　　)
题号
1
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√
A．到达O处光的强度会明显减弱
B．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强最大，偏振片B转过的角度等于α或(180°－α)
C．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强最大，偏振片A转过的角度等于α或(180°－α)
D．偏振光不能产生干涉和衍射现象
题号
1
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D　[A、B间未放待检糖溶液时，转动B使到达O处的光最强，则偏振片A、B的透振方向一致。若在A、B之间放上待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使偏振光的偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱，故A正确；若适当旋转A或B，可以使自然光通过偏振片A、糖溶液和偏振片B后到达O处的光强最大，则偏振片旋转的角度等于α或(180°－α)，故B、C正确；偏振光也是波，能产生干涉和衍射现象，故D错误。]
题号
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?题组三　激光
8．(多选)激光被誉为“神奇的光”，关于激光的应用，下列说法正确的是(　　)
A．激光用来控制核聚变，是因为它的亮度高，光源的能量能集中在很小一点上，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不会发生折射
√
题号
1
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√
AB　[激光用来控制核聚变，是因为它的亮度高，光源的能量能集中在很小一点上，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，是因为激光亮度高，故C错误；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，故D错误。]
题号
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6
8
7
9
10
11
12
9．关于激光，下列说法正确的是(　　)
A．激光是自然界中某种物质直接发光产生的
B．激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉
C．用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环
D．激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
D　[激光是人造光，不是自然界中某种物质直接发光产生的，故A错误；激光相干性好，但只有频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两束激光才能发生干涉，故B错误；用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到间距不等的衍射光环，故C错误；激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息，故D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
10．(多选)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰。如图所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是(　　)
A．做单缝实验时，光强分布图如乙所示
B．做单缝实验时，光强分布图如丙所示
C．做双缝实验时，光强分布图如乙所示
D．做双缝实验时，光强分布图如丙所示
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
AD　[单缝衍射条纹一定不等距，即中间宽、两边窄的明暗相间的条纹，光强分布图如题图乙所示，故A项正确，B项错误；双缝干涉条纹等间距，光强分布图如题图丙所示，故D项正确，C项错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
11．某同学利用如图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布，某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是________(选填“单缝”或“双缝”)，当进行干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，可选用宽度较________(选填“宽”或“窄”)的双缝，或使缝屏与光屏间的距离________(选填“增大”或“减小”)。
题号
1
3
5
2
4
6
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7
9
10
11
12
单缝　
窄　
　增大
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
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11
12
12．利用激光遇到物体发生反射，可以测定物体的有关参量。如图甲所示，B为固定的激光发射器和接收器于一体的装置，C为一辆在水平地面上做匀速直线运动的小车。现使B对准匀速行驶的小车C，使B每隔固定时间T0发射一激光脉冲为如图乙所示幅度较大的波形，而B接收到的由小车C返回的激光脉冲为如图乙所示幅度较小的波形，发射、接收激光脉冲的时间间隔如图乙所示。T0、T、ΔT均为已知量，则根据所给信息判断小车的运动方向为_______(选填“向左”或“向右”)，
速度大小为________(已知光速为c)。
题号
1
3
5
2
4
6
8
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11
12
向右

题号
1
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5
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4
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11
125．光的衍射
6．光的偏振　激光
[学习目标]　1．了解光的衍射现象、偏振现象，知道激光的特性。2．知道自然光和偏振光的区别。3．借助实例分析推理知道光是横波。4．通过观察得出光明显衍射的条件。5．经历光的偏振实验的过程，体会偏振光的特性。6．通过生活中实例的观察，引导学生体会物理之美，培养学习兴趣。
　光的衍射与衍射光栅
1．光的衍射
(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衍射，致使影的轮廓________，出现________的条纹。
(3)发生明显衍射现象的条件：在障碍物或狭缝的尺寸跟光的波长____，甚至比光的波长还__的时候，衍射现象十分明显。
提醒：一般情况下，障碍物的尺寸比光的波长大得多，衍射现象不明显，故可近似认为光沿直线传播。
2．衍射光栅
(1)结构
由许多____的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。
(2)衍射图样特点
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度____，亮度____。
【思考讨论】　取三块不透光的板，在每块板的中间各开一个圆孔，三块板所开的圆孔大小不一。先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现图(a)所示光斑；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图(b)所示光斑；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现图(c)所示光斑。
问题1　图(b)中的屏上产生了什么现象？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
问题2　比较屏上图(b)和图(c)说明了什么？
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【知识归纳】　
1．产生明显衍射的条件
障碍物的尺寸跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射现象。对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物尺寸越小，衍射现象越明显。由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多。
2．三种不同的衍射现象及特点
(1)单缝衍射
①现象：如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上。若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区域出现明暗相间的条纹，即发生了明显的衍射现象。
②单缝衍射图样的四个特点
a．中央条纹亮而宽。
b．两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱。
c．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。
d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。
(2)圆孔衍射
①现象：圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图乙(a)中所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙(b)中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环。
②圆孔衍射图样的两个特点
a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外，圆环亮度越低。
b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象
①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙(c)所示。
②障碍物的衍射图样的特点
圆形阴影中心有一亮斑，圆形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。与小孔衍射图样有明显区别。
【典例1】　(衍射现象)在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到(　　)
A．黑白相间的直条纹
B．黑白相间的弧形条纹
C．彩色的直条纹
D．彩色弧形条纹
[听课记录]　_________________________________________________________
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【典例2】　(双缝干涉与单缝衍射图样的区分)(多选)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，则(　　)
A．完成操作1后，光屏上出现的是图 (b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹
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
[听课记录]　_________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
　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纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗。
　光的偏振
【链接教材】　人教版P108图4.6-1、图4.6-2所示：结合绳波和弹簧波的特点，分析这两种波能否通过狭缝？
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【知识梳理】　
1．偏振
(1)不同的横波，即使________相同，____方向也可能不同的现象。称为“偏振现象”。
(2)横波的____方向称为“偏振方向”。
(3)偏振现象是____的特有现象，____没有“偏振现象”。
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，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作____方向。
(2)自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在____于传播方向上沿____________的光，而且沿着各个方向振动的光波的____都相同。
(3)偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光叫作偏振光。
提醒：(1)通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，偏振片不改变光的频率和颜色。
(2)偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实的狭缝。
3．偏振现象的应用
摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向____，就可以减弱反射光的影响。
【思考讨论】　如图所示，一束自然光通过偏振片(偏振片上用箭头表示其透振方向)照射到光屏上。
问题　上面各图中光屏亮暗情况如何？
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【知识归纳】　
1．偏振片和透振方向
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，只有沿着某个特定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”。
2．自然光和偏振光的比较
自然光 偏振光
成因 从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光 自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光
振动 方向 在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动 在垂直于传播方向的平面内，只有一个振动方向
经偏振片后现象比较
经偏振片后现象比较 如图所示，通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，转动偏振片，偏振光的亮度不变，但偏振方向随之变化 如图所示，偏振光经偏振片后，若偏振方向与透振方向平行，屏亮；若垂直，则屏暗；若介于两者之间，则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗
【典例3】　(光的偏振原理)如图所示，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(　　)
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．自然光垂直于OO′方向振动的光波的强度不相同
C．只将A绕OO′轴旋转30°时，屏上透射光的强度不为零
D．只将B绕OO′轴旋转180°时，屏上透射光的强度几乎为零
[听课记录]　_________________________________________________________
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____________________________________________________________________
　对偏振光的理解
(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光，透射光的偏振方向与偏振片的放置有关，但光的强度与偏振片的透振方向无关。
(2)偏振光通过偏振片时，透射光的强度与偏振方向和透振方向的夹角大小有关。
【典例4】　(2024·江苏卷)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90度，会观察到(　　)
A．两镜片都变亮
B．两镜片都变暗
C．两镜片没有任何变化
D．左镜片变暗，右镜片变亮
[听课记录]　_________________________________________________________
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　激光的特点与应用
1．激光：激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的频率____、相位差____、振动方向一致。
2．激光的特点
(1)高度的相干性：激光是人工产生的相干光，其单色性好、______好。激光的频率单一、颜色纯净，用激光做衍射、干涉实验效果很好。
(2)平行度好：从激光器发出的激光具有极好的____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，激光的扩展范围不过几厘米，而探照灯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____。
激光的特点及应用
特点 性质 应用
相干性 激光具有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信
平行度 激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度 进行精确的测距；读取光盘上记录的信息等
亮度高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等
【典例5】　(激光的特点和应用)(多选)激光的诞生是一件大事，它使人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。下列关于激光的特性及其应用，说法正确的是(　　)
A．医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性
B．实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光的相干性
C．激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好的特点
D．激光束很容易在坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高的特点
[听课记录]　_________________________________________________________
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1．2023年诺贝尔物理学奖颁发给“为研究物质中的电子动力学，而产生阿秒激光的实验方法”方面所做出贡献的三位科学家。关于激光的应用，下列说法正确的是(　　)
A．全息照片拍摄是利用了激光的全反射原理
B．利用激光是相干光，可以用在雷达上进行精确的测距
C．由于激光平行度好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息
D．利用激光亮度高，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜
2．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样。下图中属于光的单缝衍射图样的是(　　)
A．(a)(c) 　 B．(b)(c)
C．(a)(d) 　 D．(b)(d)
3．用如图所示装置研究偏振现象，P1、P2是两块完全相同的圆形偏振片，A、B为观测点，A、B和两块偏振片的中心共线，且偏振片与AB连线垂直，两偏振片可绕AB连线转动，下列说法正确的是(　　)
A．固定P1，转动P2，则A、B处光强均发生变化
B．固定P2，转动P1，则A、B处光强均不发生变化
C．同时转动P1和P2，A处光强不变，B处光强可能变化
D．同时转动P1和P2，A、B处光强均发生变化
回归本节知识，完成以下问题：
1．光发生明显衍射的条件是什么？
2．什么是光的偏振现象？
3．激光有哪些特性？
21世纪教育网(www.21cnjy.com)5．光的衍射
6．光的偏振　激光
[学习目标]　1．了解光的衍射现象、偏振现象，知道激光的特性。2．知道自然光和偏振光的区别。3．借助实例分析推理知道光是横波。4．通过观察得出光明显衍射的条件。5．经历光的偏振实验的过程，体会偏振光的特性。6．通过生活中实例的观察，引导学生体会物理之美，培养学习兴趣。
[教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况
问题1　光发生明显衍射的条件是什么？
问题2　光的偏振说明光是横波还是纵波？
问题3　激光的特点是什么？
　光的衍射与衍射光栅
1．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跟光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。
提醒：一般情况下，障碍物的尺寸比光的波长大得多，衍射现象不明显，故可近似认为光沿直线传播。
2．衍射光栅
(1)结构
由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。
(2)衍射图样特点
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。
【思考讨论】　取三块不透光的板，在每块板的中间各开一个圆孔，三块板所开的圆孔大小不一。先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现图(a)所示光斑；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图(b)所示光斑；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现图(c)所示光斑。
问题1　图(b)中的屏上产生了什么现象？
提示：衍射。
问题2　比较屏上图(b)和图(c)说明了什么？
提示：孔越小，衍射现象越明显。
【知识归纳】　
1．产生明显衍射的条件
障碍物的尺寸跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射现象。对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物尺寸越小，衍射现象越明显。由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多。
2．三种不同的衍射现象及特点
(1)单缝衍射
①现象：如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上。若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区域出现明暗相间的条纹，即发生了明显的衍射现象。
②单缝衍射图样的四个特点
a．中央条纹亮而宽。
b．两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱。
c．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。
d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。
(2)圆孔衍射
①现象：圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图乙(a)中所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙(b)中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环。
②圆孔衍射图样的两个特点
a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外，圆环亮度越低。
b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象
①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙(c)所示。
②障碍物的衍射图样的特点
圆形阴影中心有一亮斑，圆形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。与小孔衍射图样有明显区别。
【典例1】　(衍射现象)在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到(　　)
A．黑白相间的直条纹
B．黑白相间的弧形条纹
C．彩色的直条纹
D．彩色弧形条纹
C　[白炽灯发出的是复色光，可以看到间距不同的、彩色的衍射条纹，由题意知灯管平行于狭缝，所以条纹与狭缝平行，为彩色的直条纹，故C正确，A、B、D错误。]
【典例2】　(双缝干涉与单缝衍射图样的区分)(多选)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，则(　　)
A．完成操作1后，光屏上出现的是图 (b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹
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
AD　[题图(b)中的条纹为等间距且明暗相间条纹，是干涉图样；题图(c)中的条纹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，由题图(b)知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙是蓝色条纹；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上出现题图(c)图案，再结合波长关系可知丙是红色条纹，丁是蓝色条纹，故A、D正确，B、C错误。]
　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纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗。
　光的偏振
【链接教材】　人教版P108图4.6-1、图4.6-2所示：结合绳波和弹簧波的特点，分析这两种波能否通过狭缝？
提示：当绳波振动方向与狭缝方向一致时，绳上的横波能穿过狭缝，当绳波振动方向与狭缝方向不一致时，绳上的横波不能穿过狭缝；在弹簧上传播的纵波，无论狭缝的取向如何，波都能穿过。
【知识梳理】　
1．偏振
(1)不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同的现象。称为“偏振现象”。
(2)横波的振动方向称为“偏振方向”。
(3)偏振现象是横波的特有现象，纵波没有“偏振现象”。
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特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作透振方向。
(2)自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。
(3)偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光叫作偏振光。
提醒：(1)通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，偏振片不改变光的频率和颜色。
(2)偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实的狭缝。
3．偏振现象的应用
摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光的影响。
【思考讨论】　如图所示，一束自然光通过偏振片(偏振片上用箭头表示其透振方向)照射到光屏上。
问题　上面各图中光屏亮暗情况如何？
提示：自然光通过偏振片后成为偏振光，当偏振光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时不能够通过，故甲、乙、丁中光屏是亮的，丙中光屏是暗的。
【知识归纳】　
1．偏振片和透振方向
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，只有沿着某个特定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”。
2．自然光和偏振光的比较
自然光 偏振光
成因 从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光 自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光
振动 方向 在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动 在垂直于传播方向的平面内，只有一个振动方向
经偏振片后现象比较
经偏振片后现象比较 如图所示，通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，转动偏振片，偏振光的亮度不变，但偏振方向随之变化 如图所示，偏振光经偏振片后，若偏振方向与透振方向平行，屏亮；若垂直，则屏暗；若介于两者之间，则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗
【典例3】　(光的偏振原理)如图所示，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(　　)
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．自然光垂直于OO′方向振动的光波的强度不相同
C．只将A绕OO′轴旋转30°时，屏上透射光的强度不为零
D．只将B绕OO′轴旋转180°时，屏上透射光的强度几乎为零
C　[光的偏振现象说明光是横波，A错误；自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同，B错误；开始时自然光通过两偏振片后在光屏C上透射光的强度最大，说明两偏振片的偏振方向是平行的，只将A绕OO′轴旋转30°时，两偏振片的偏振方向不垂直，屏上透射光的强度不为零，C正确；只将B绕OO′轴旋转180°时，两偏振片的偏振方向仍平行，透射光的强度最大，D错误。]
　对偏振光的理解
(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光，透射光的偏振方向与偏振片的放置有关，但光的强度与偏振片的透振方向无关。
(2)偏振光通过偏振片时，透射光的强度与偏振方向和透振方向的夹角大小有关。
【典例4】　(2024·江苏卷)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90度，会观察到(　　)
A．两镜片都变亮
B．两镜片都变暗
C．两镜片没有任何变化
D．左镜片变暗，右镜片变亮
D　[立体眼镜的左、右两镜片为透振方向相互垂直的偏振片，开始时左镜片明亮、右镜片暗，则手机液
晶屏幕发出的光的振动方向与左镜片的透振方向一致，手机屏幕旋转90°，其屏幕发出的光的振动方向与右镜片的透振方向一致，则左镜片变暗，右镜片变亮，D正确。]
　激光的特点与应用
1．激光：激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的频率相同、相位差恒定、振动方向一致。
2．激光的特点
(1)高度的相干性：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、颜色纯净，用激光做衍射、干涉实验效果很好。
(2)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，激光的扩展范围不过几厘米，而探照灯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。
激光的特点及应用
特点 性质 应用
相干性 激光具有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信
平行度 激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度 进行精确的测距；读取光盘上记录的信息等
亮度高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等
【典例5】　(激光的特点和应用)(多选)激光的诞生是一件大事，它使人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。下列关于激光的特性及其应用，说法正确的是(　　)
A．医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性
B．实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光的相干性
C．激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好的特点
D．激光束很容易在坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高的特点
BCD　[医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的亮度高、强度大、能量集中的特点，A错误；实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光频率单一、相干性好的特点，B正确；激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好的特点，C正确；激光束很容易在坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高、强度大、能量集中的特点，D正确。]
【教用·备选例题】　(多选)以下说法正确的是(　　)
A．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性
B．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象
C．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物
D．普通摄像技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息摄像技术还可以记录光波的相位信息
ACD　[激光也可以发生衍射现象，故B错误，选ACD。]
1．2023年诺贝尔物理学奖颁发给“为研究物质中的电子动力学，而产生阿秒激光的实验方法”方面所做出贡献的三位科学家。关于激光的应用，下列说法正确的是(　　)
A．全息照片拍摄是利用了激光的全反射原理
B．利用激光是相干光，可以用在雷达上进行精确的测距
C．由于激光平行度好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息
D．利用激光亮度高，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜
D　[全息照片拍摄是利用了激光的频率单一，相干性好的特点，能够产生明显的干涉现象，故A错误；利用激光平行度好的特点，可以用在雷达上进行精确的测距，故B错误；利用激光相干性好的特点，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故C错误；利用激光的光强度大、能量集中的特点，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜，故D正确。]
2．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样。下图中属于光的单缝衍射图样的是(　　)
A．(a)(c) 　 B．(b)(c)
C．(a)(d) 　 D．(b)(d)
D　[题图(a)中是等间距的光的干涉图样，题图(b)是单色光的单缝衍射图样，题图(c)是水波的衍射图样，题图(d)是白光的单缝衍射图样，D正确。]
3．用如图所示装置研究偏振现象，P1、P2是两块完全相同的圆形偏振片，A、B为观测点，A、B和两块偏振片的中心共线，且偏振片与AB连线垂直，两偏振片可绕AB连线转动，下列说法正确的是(　　)
A．固定P1，转动P2，则A、B处光强均发生变化
B．固定P2，转动P1，则A、B处光强均不发生变化
C．同时转动P1和P2，A处光强不变，B处光强可能变化
D．同时转动P1和P2，A、B处光强均发生变化
C　[自然光沿着各个方向振动的光波强度均相同，故无论是否转动P1和P2，A处光强均不变，故A、D错误；若转动P1，固定P2，当两偏振片的狭缝平行时，B处光强最大，当两偏振片的狭缝垂直时，B处光强最小，故B处光强可能变化，故B错误；同时转动P1和P2，由B项分析可知，B处光强可能变化，故C正确。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．光发生明显衍射的条件是什么？
提示：障碍物或孔的尺寸与波长相差不多，甚至比波长还小。
2．什么是光的偏振现象？
提示：不同的横波即使传播方向相同，振动方向也可能不同的现象。
3．激光有哪些特性？
提示：具有高度的相干性，平行度好，亮度高。
课时分层作业(十九)　光的衍射　光的偏振　激光
?题组一　光的衍射
1．关于光现象及其应用，下列说法正确的有(　　)
A．利用光的偏振现象可以检查平面的平整度
B．光导纤维利用全反射的原理，其内芯的折射率小于外套的折射率
C．光经过大头针尖儿时，大头针尖儿边缘轮廓会模糊不清，这是光的衍射现象
D．拍摄玻璃橱窗中的物品时，为消除玻璃表面反射光的干扰，需要在照相机镜头前加装偏振片，该装置利用的是薄膜干涉原理
C　[检查平面的平整度是利用光的干涉原理，故A错误；光导纤维是利用了光的全反射原理，其内芯的折射率大于外套的折射率，故B错误；光经过大头针尖儿时，大头针尖儿边缘轮廓会模糊不清，这是光的衍射现象，故C正确；反射光是偏振光，拍摄玻璃橱窗中的物品时，为消除玻璃表面反射光的干扰，需要在照相机镜头加装偏振片，该装置利用的是光的偏振原理，故D错误。]
2．(多选)抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述正确的是(　　)
A．该装置应用的是光的衍射现象
B．该装置应用的是光的干涉现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
AD　[激光束越过细丝，即绕过障碍物，所以该装置应用的是光的衍射现象，当抽制的丝变细时，衍射现象变明显，条纹变宽，A、D正确，B、C错误。 ]
3．如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、黄光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及绿光、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)。四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)
A．黄绿红紫　　　 B．黄紫红绿
C．红紫黄绿 　 D．红绿黄紫
C　[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，故a、c两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距Δx＝λ，可知波长λ越大，Δx越大，故a是红光，c是黄光；单缝衍射条纹的特点是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小亮度越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故b、d是单缝衍射图样，b为紫光的单缝衍射图样，d为绿光的单缝衍射图样。故从左向右依次是红光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、黄光(双缝干涉)和绿光(单缝衍射)，C项正确。]
4．关于光的干涉、光的衍射、光的偏振实验，下列描述错误的是(　　)
A．甲图为单缝衍射图样，乙图为双缝干涉图样
B．改用波长较长的入射光实验，甲图中条纹间距变大
C．色彩斑斓的肥皂泡和五颜六色的油膜的形成原理与丙图相同
D．用照相机拍摄水下景物时，使用偏振镜可以减少水面反射光的干扰应用了丁图的原理
A　[双缝干涉图样的相邻亮或暗条纹的间距不变，故题图甲为双缝干涉图样，故A错误；根据条纹间距公式Δx＝λ可知，当改用波长较长的入射光实验时，题图甲中条纹间距变大，故B正确；题图丙是光的干涉现象，色彩斑斓的肥皂泡和五颜六色的油膜的形成原理也是干涉现象，故C正确；题图丁是光的偏振原理，用照相机拍摄水下景物时，使用偏振镜可以减少水面反射光的干扰，也应用了光的偏振原理，故D正确。]
?题组二　光的偏振
5．下列关于光现象说法正确的是(　　)
A．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄月亮时可减弱反射光，使景象更清晰
B．偏振是纵波特有的现象，光导纤维传递信号利用了光的偏振原理
C．十字路口交通信号灯三种色光中，红光波长最短，最不易发生明显衍射
D．自然界中某些天然物体也可以发出激光，激光不能发生衍射现象
A　[在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄月亮时可减弱反射光，从而使景象更清晰，A正确；偏振现象是横波特有的现象，纵波无偏振现象，光导纤维是根据光的全反射原理制成的，B错误；交通信号灯采用的红黄绿三种色光中，红光波长最长，最容易发生明显衍射，C错误；激光是用人工方法激发的一种特殊的光，激光是一种电磁波，只要是电磁波就能发生衍射现象，D错误。]
6．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车的司机照射得睁不开眼睛，影响行车安全，若将汽车前灯玻璃和汽车前窗玻璃都改用偏振玻璃，使双方司机都看不见对方耀眼的灯光，但能看清自己车灯发出的光所照亮的物体，则所有的汽车前窗玻璃、前灯玻璃的透振方向应该是(　　)
A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向也是竖直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，前灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃的透振方向和前灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
D　[如果每辆汽车的前灯玻璃和前窗玻璃都改为偏振玻璃，并使它们的透振方向都斜向右上(或左上)跟水平方向成45°角，就可以解决这个问题。这时，从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟自己前窗玻璃上的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里；而从自己车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己前窗玻璃上的透振方向相同，所以司机仍能看清自己车灯照亮的路面和物体。故选D。]
7．鉴别奶粉的质量时，奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，用“旋光法”可以测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α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，则下列说法不正确的是(　　)
A．到达O处光的强度会明显减弱
B．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强最大，偏振片B转过的角度等于α或(180°－α)
C．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强最大，偏振片A转过的角度等于α或(180°－α)
D．偏振光不能产生干涉和衍射现象
D　[A、B间未放待检糖溶液时，转动B使到达O处的光最强，则偏振片A、B的透振方向一致。若在A、B之间放上待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使偏振光的偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱，故A正确；若适当旋转A或B，可以使自然光通过偏振片A、糖溶液和偏振片B后到达O处的光强最大，则偏振片旋转的角度等于α或(180°－α)，故B、C正确；偏振光也是波，能产生干涉和衍射现象，故D错误。]
?题组三　激光
8．(多选)激光被誉为“神奇的光”，关于激光的应用，下列说法正确的是(　　)
A．激光用来控制核聚变，是因为它的亮度高，光源的能量能集中在很小一点上，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不会发生折射
AB　[激光用来控制核聚变，是因为它的亮度高，光源的能量能集中在很小一点上，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，是因为激光亮度高，故C错误；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，故D错误。]
9．关于激光，下列说法正确的是(　　)
A．激光是自然界中某种物质直接发光产生的
B．激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉
C．用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环
D．激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息
D　[激光是人造光，不是自然界中某种物质直接发光产生的，故A错误；激光相干性好，但只有频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两束激光才能发生干涉，故B错误；用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到间距不等的衍射光环，故C错误；激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息，故D正确。]
10．(多选)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰。如图所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是(　　)
A．做单缝实验时，光强分布图如乙所示
B．做单缝实验时，光强分布图如丙所示
C．做双缝实验时，光强分布图如乙所示
D．做双缝实验时，光强分布图如丙所示
AD　[单缝衍射条纹一定不等距，即中间宽、两边窄的明暗相间的条纹，光强分布图如题图乙所示，故A项正确，B项错误；双缝干涉条纹等间距，光强分布图如题图丙所示，故D项正确，C项错误。]
11．某同学利用如图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布，某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是________(选填“单缝”或“双缝”)，当进行干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，可选用宽度较________(选填“宽”或“窄”)的双缝，或使缝屏与光屏间的距离________(选填“增大”或“减小”)。
[解析]　由题图乙可知，条纹中间亮、两边较暗，是衍射条纹，所以在缝屏上安装的是单缝；根据Δx＝λ知，要使干涉条纹间距变大，可使双缝的宽度减小，即选择宽度较窄的双缝，或使双缝与光屏间的距离增大。
[答案]　单缝　窄　增大
12．利用激光遇到物体发生反射，可以测定物体的有关参量。如图甲所示，B为固定的激光发射器和接收器于一体的装置，C为一辆在水平地面上做匀速直线运动的小车。现使B对准匀速行驶的小车C，使B每隔固定时间T0发射一激光脉冲为如图乙所示幅度较大的波形，而B接收到的由小车C返回的激光脉冲为如图乙所示幅度较小的波形，发射、接收激光脉冲的时间间隔如图乙所示。T0、T、ΔT均为已知量，则根据所给信息判断小车的运动方向为________(选填“向左”或“向右”)，速度大小为________(已知光速为c)。
　
[解析]　若小车不动，发射激光脉冲到接收返回脉冲的时间应恒定，而从题图乙看，从发射到接收的时间间隔逐渐增大，故可知小车C速度方向与激光发射方向一致，即小车向右运动。要求小车的速度，关键是求出小车通过的某段位移和所用时间，可用运动学中处理追及问题的方法求解，作出运动示意图如图所示。
s＝OD－OA＝c·－c·＝c·ΔT
如图所示，在s这段位移内小车运动的时间t＝T0＋
故小车的速度大小v＝＝。
[答案]　向右　
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