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第六节　光的衍射和偏振
第七节　激光
[学习目标]　1.知道光的衍射现象,知道发生明显衍射现象的条件. 2.知道光的衍射条纹的特点,能正确区分衍射条纹和干涉条纹.(重难点) 3.知道光的偏振现象,了解光是一种横波,并了解偏振现象在生产、生活中的实际应用.4.了解激光的特性和应用.
知识点一　光的衍射
情境导学
(1)回顾机械波发生明显衍射的条件,思考光波发生明显衍射的条件,为什么光的衍射不容易观察到
(2)用单色平行光照射一狭缝,在光屏上形成的明条纹的范围远大于狭缝的宽度,说明
什么
(3)用点光源照射一个小圆孔,光屏上形成的亮斑和亮环的范围远大于孔的尺寸,说明
什么
提示:(1)当障碍物或孔的尺寸小于或等于光的波长时,才发生明显衍射,而光的波长很小,不易找到足够小的障碍物或孔,故光的衍射不易观察到.
(2)说明光绕到了障碍物的后边,发生了狭缝衍射.
(3)说明光绕到了障碍物的后边,发生了圆孔衍射.
知识整合
1.光的狭缝衍射现象:光绕过了狭缝边缘传播,而不是沿直线传播,这就是光的狭缝衍射
现象.
(1)当狭缝较宽时,光屏上是一条亮的光带,符合光的直线传播规律.
(2)当狭缝变窄时,光屏上会出现中央亮且宽、两边对称分布、明暗相间的光带,整个图样远大于光通过狭缝按直线传播所能照亮的区域.
2.圆孔衍射现象:当圆孔足够小时,圆形光环的图样远大于通过圆孔时按照直线传播所能照亮的区域,这种现象就是圆孔衍射现象.
3.圆板衍射(泊松亮斑)
若在单色光传播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,这就是泊松亮斑,其特点是中央是亮斑(与圆孔衍射图样中心亮斑相比,泊松亮斑较小),圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有间距不等的明暗相间的圆环,且亮环或暗环间距随半径增大而减小.
4.发生明显衍射现象的条件:障碍物的尺寸与光的波长相当,甚至小于光的波长.
正误辨析
(1)所有光都能发生衍射现象.(　√　)
(2)衍射和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的.(　×　)
(3)单色光的圆孔衍射,中央为大且亮的圆斑,周围为等间距的同心圆.(　×　)
(4)红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹.(　√　)
(5)白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹.(　×　)
[例1] (几类衍射现象的判断)(多选)(2025·广东广州月考)关于下列图的判断,准确无误的有(　　)
[A] 甲图是圆孔衍射的图样,乙图为“泊松亮斑”
[B] 甲图为“泊松亮斑”,乙图是圆孔衍射的图样
[C] 丙图是双缝干涉图样,丁图是单缝衍射图样
[D] 丙图是单缝衍射图样,丁图是双缝干涉图样
【答案】 AC
【解析】 “泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象,形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”,而圆孔衍射的图样是中间有“亮斑”,无阴影,A正确,B错误;题图丙是双缝干涉的图样,因为干涉图样中的条纹间距是相等的,单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的,中间最宽、最亮,所以题图丁是单缝衍射图样,C正确,D错误.
三种衍射图样的比较
分类 图样 特点
单缝 衍射 (1)单色光:①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. ②缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,亮条纹的亮度降低.③中央亮条纹的宽度、条纹间距跟入射光的波长、单缝宽度有关,入射光的波长越大,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大. (2)白光:中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹最宽、最亮
圆孔 衍射 (1)单色光: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. (2)白光:中央是大且亮的白色光斑,周围是彩色同心圆环
圆盘 衍射 (1)中央是亮斑. (2)圆盘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. (3)周围的亮环或暗环的间距随半径增大而减小
[训练1] (单缝衍射现象)(2025·广东东莞月考)对于单缝衍射现象,下列说法正确的是(　　)
[A] 缝的宽度d越小,衍射条纹越亮
[B] 缝的宽度d越小,衍射现象越明显
[C] 缝的宽度d越小,光传播路线越接近直线
[D] 入射光的波长越短,衍射现象越明显
【答案】 B
【解析】 缝的宽度d越小,衍射现象越明显,入射光的波长越长,衍射现象越明显,B正确.
[训练2] (圆孔衍射与圆盘衍射的比较)(2025·广东江门月考)某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后,分别得到如图甲、乙所示的图样,下列说法正确的是(　　)
[A] 图甲的亮斑是“泊松亮斑”,属于圆板衍射
[B] 图乙的亮斑是“泊松亮斑”,最早由泊松先推算出这个亮斑,后来泊松发现圆板中心确实有这个亮斑
[C] 不管是圆孔衍射还是圆板衍射,影像的边缘轮廓都是清晰的
[D] 发生圆孔衍射时,圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径,即光绕到障碍物的影子里
【答案】 D
【解析】 题图乙的亮斑是“泊松亮斑”,属于圆板衍射,故A错误;题图乙的亮斑是“泊松亮斑”,最早由泊松先推算出这个亮斑,但泊松认为这是非常荒谬的,后来阿拉果发现圆板中心有这个亮斑,故B错误;不管是圆孔衍射还是圆板衍射,影像的边缘轮廓都是模糊不清的,故C错误;发生圆孔衍射时,圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径,即光绕到障碍物的影子里,故D正确.
[例2] (干涉与衍射的判断)(多选)(2025·广东深圳期末)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.如图甲所示,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,如图乙、丙所示.下列说法正确的有(　　)
[A] 做单缝实验时,光强分布图如图乙所示
[B] 做单缝实验时,光强分布图如图丙所示
[C] 做双缝实验时,光强分布图如图乙所示
[D] 做双缝实验时,光强分布图如图丙所示
【答案】 AD
【解析】 双缝干涉条纹等间距且中央和两侧亮度变化很小,单缝衍射条纹一定不等间距,是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹且中央亮条纹最亮,两侧亮条纹逐渐变暗.若做单缝实验时,光强分布图如题图乙所示;若做双缝实验时,光强分布图如题图丙所示,故B、C错误,A、D正确.
区分单缝衍射图样与双缝干涉图样的方法
名称 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,亮度基本相同
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
知识点二　光的偏振
情境导学
　立体电影放映时需要通过两台放映机,同步放映两组胶片,观众戴上特制的3D眼镜观看,就会产生立体感,使观众有身临其境的体验,若不戴上3D眼镜,则看到银幕上的画面就会出现重影而模糊不清.3D眼镜应用了什么原理
提示:应用了光的偏振现象.
知识整合
1.偏振片
(1)当光的振动方向与透振方向平行时,光能完全通过偏振片;当光的振动方向与透振方向垂直时,光不能通过偏振片;当处于两者之间时,光只能部分通过.
(2)实验:太阳光通过两个偏振片,当两块偏振片的透光方向一致时,观察到的光最强;当两块偏振片的透振方向垂直时,几乎观察不到光.如图所示.
2.偏振光
(1)定义:具有特定振动方向的光.
(2)光的偏振现象说明光是一种横波.
3.偏振光的应用:偏振光眼镜可以有效地衰减进入眼睛的光强;镜头上偏振滤光片可有效地减弱水面、玻璃面反射光的作用;3D电影.
[例3] (对偏振光的理解)(多选)关于自然光和偏振光,下列说法正确的有(　　)
[A] 自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同
[B] 偏振光是在垂直于传播方向的平面上,只沿着某一特定方向振动的光
[C] 自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
[D] 太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
【答案】 BD
【解析】 自然光沿各个方向振动的强度相同,A错误;偏振光是在垂直于传播方向的平面上,只沿着某一特定方向振动的光,B正确;自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后不能还原为自然光,C错误;太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光,D正确.
自然光与偏振光的比较
光 自然光 偏振光
不 同 点 来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光;由某种介质反射或折射的光
振动 方向 在垂直于光的传播方向的平面内,光沿各个方向振动,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,光沿某个特定方向振动(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
[训练3] (多选)下列关于光的偏振现象的应用正确的有(　　)
[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干涉现象
[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的
影响
【答案】 AD
【解析】 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,故A正确;立体电影利用了光的偏振现象,故B错误;茶色眼镜的镜片是有色镜片,它只能通过与镜片相同颜色的光,以减弱光的透射,不是偏振现象,故C错误;经水面反射的光振动方向会发生改变,故在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响,故D正确.
知识点三　激光
情境导学
(1)如图所示是夜晚手电筒的光和微型激光笔产生的激光,哪种光的平行度更好
(2)航母上激光武器可以拦截导弹和飞机,该武器主要利用激光的什么特性
提示:(1)激光的平行度更好.　(2)能量高.
知识整合
1.激光的产生
激光是原子受激辐射产生的光.
2.激光的特点及应用
(1)单色性好,相干性好,其应用在光纤通信、光的干涉、激光全息照相等.
(2)平行度好,可应用在激光通信、测距和跟踪目标、CD唱片、计算机光盘等.
(3)亮度高,可应用在“光刀”、激光切割、激光武器等.
[例4] (激光的应用)(多选)(2025·广东广州统考)关于激光的应用,下列说法正确的有(　　)
[A] 光纤通信是应用激光相干性好的特点对信号进行调制,使其在光导纤维中进行信息传递
[B] 计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的
[C] 医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
[D] “激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
【答案】 ABC
【解析】 光纤通信主要利用激光的相干性好的特点,A正确;计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点,B正确;医学中用激光做“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点,C正确;激光测距利用的是激光的平行度好的特点,D错误.
[训练4] (多选)(2025·广东深圳期末)激光被誉为“神奇的光”.关于激光的应用,下列说法正确的有(　　)
[A] 激光用来控制核聚变,是因为它的方向性好,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时不会发生折射
【答案】 AB
【解析】 用激光来控制核聚变,是因为它的方向性好,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,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,B正确.用激光拦截导弹,摧毁卫星,是因为激光的亮度高;能利用激光测量地面到月球表面的距离,是因为激光的平行度好,但都会不同程度地受大气影响,故C、D错误.
[训练5] (多选)将激光束的宽度聚集到纳米级(10-9 m)范围内,可修复人体已损坏的器官,可对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,以上功能是利用了激光的(　　)
[A] 单色性好 [B] 平行度好
[C] 粒子性 [D] 高能量
【答案】 BD
【解析】 激光的平行度好,故可聚焦到很小的范围;激光的亮度高、能量大,故可修复器官、进行基因修复.选项B、D正确.
课时作业
(分值:84分)
(选择题每题6分)
知识点一　光的衍射
1.在五彩缤纷的大自然中,我们常常会见到一些彩色光的现象,下列现象属于光的衍射的是(　　)
[A] 洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象
[B] 小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象
[C] 雨后天晴马路上的油膜在阳光照耀下出现的彩色现象
[D] 用游标卡尺两测量爪的狭缝观察日光灯的灯光出现的彩色现象
【答案】 D
【解析】 洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象是光的色散现象,A错误;小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象是薄膜干涉现象,B错误;雨后天晴马路上的油膜在阳光照耀下出现的彩色现象是薄膜干涉现象,C错误;用游标卡尺两测量爪的狭缝观察日光灯的灯光出现的彩色现象是光的衍射现象,D正确.
2.如图所示的4幅明暗相间的条纹,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(黑色部分表示明条纹).则在下面的四幅图中从左到右排列的明条纹所对应的颜色依次是(　　)
[A] 红、黄、蓝、紫 [B] 红、紫、蓝、黄
[C] 蓝、紫、红、黄 [D] 蓝、黄、红、紫
【答案】 B
【解析】 双缝干涉条纹平行等距,且波长越长,条纹间距越大,而红光波长比蓝光波长长,故第一幅图为红光的干涉图样,第三幅图为蓝光的干涉图样;单缝衍射条纹中间宽,越向两侧越窄,且波长越长,中央亮条纹越粗,而黄光波长比紫光波长长,故第四幅图为黄光的衍射图样,第二幅图为紫光的衍射图样,故B正确.
3.(多选)(2025·广东珠海月考)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(　　)
[A] 完成操作1后,光屏上出现的是图b,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,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,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,且丙是红色条纹,丁是蓝色条纹
【答案】 AD
【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.完成操作1后是双缝干涉实验,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正确,B错误;完成操作2后是单缝衍射实验,条纹间距不相等,光屏上出现题图c图案,可知丙是红色条纹,丁是蓝色条纹,故D正确,C错误.
知识点二　光的偏振
4.(多选)如图所示,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几种照射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
[D] 沿与竖直方向成45°角的方向振动的光
【答案】 ABD
【解析】 偏振片只让沿某一方向振动的光顺利通过,当偏振片的透振方向与光的振动方向的夹角不为90°时,有光透过偏振片,但透射光的强度变弱.太阳光是自然光,光波可沿垂直于光传播方向的任意方向振动,所以在P的另一侧能观察到透射光;沿竖直方向振动的光,振动方向与偏振片的透振方向相同,也可看到透射光;沿水平方向振动的光,其振动方向与偏振片的透振方向垂直,所以看不到透射光;沿与竖直方向成45°角的方向振动的光,其振动方向与透振方向不垂直,仍可看到透射光,故选项A、B、D正确,C错误.
5.(多选)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q,在Q的后边放上光屏,如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度不变
[B] Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱
[C] P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变
[D] P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度时强时弱
【答案】 BD
【解析】 P是起偏器,它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光,该偏振光的振动方向与P的透振方向一致,所以当Q与P的透振方向平行时,通过Q的光强最大;当Q与P的透振方向垂直时通过Q的光强最小,即无论旋转P或Q,屏上的光强都是时强时弱的,故B、D正确.
6.如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置,一束偏振光射入光纤,由于温度的变化,光纤的长度、芯径、折射率发生变化,从而使偏振光的透振方向发生变化,光接收器接收的光强度就会变化.设起偏器和检偏器透振方向相同,关于这种温度计的工作原理,下列说法正确的是(　　)
[A] 到达检偏器的光的透振方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越大
[B] 到达检偏器的光的透振方向变化越大,光接收器所接收到的光强度就会越小,表示温度变化越大
[C] 到达检偏器的光的透振方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越小
[D] 到达检偏器的光的透振方向变化越大,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越小
【答案】 B
【解析】 偏振光通过一些介质后,其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转,温度变化越大,发生旋转的角度越大,即到达检偏器的光的透振方向变化越大,导致光接收器所接收到的光强度就会越小,故选项B正确,A、C、D错误.
知识点三　激光及其应用
7.下列关于激光的说法正确的是(　　)
[A] 激光是人工制造的,不是偏振光
[B] 激光亮度高,故任何两束激光都能发生干涉
[C] 利用激光的平行度好,可以用在雷达上进行精确测距
[D] 利用激光相干性好,可以在医学上做光刀来切除肿瘤
【答案】 C
【解析】 激光是人造光,也是偏振光,A错误;只有频率相同的两束激光才会发生干涉,B错误;利用激光的平行度好,可以用在雷达上进行精确测距,C正确;利用激光亮度高,能量集中,可在医学上做光刀来切除肿瘤,或“焊接”剥落的视网膜,D错误.
8.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] 激光的相干性好,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
【答案】 D
【解析】 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,光屏上能观测到衍射条纹,间距不等,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.
(选择题每题9分)
9.(2025·广东深圳期中)下列关于光的特性的说法,错误的是(　　)
[A] 太阳光不显示出偏振性,月光显示出偏振性
[B] 泊松亮斑属于光的衍射现象,能够说明光的波动性
[C] 利用激光平行度好的特性,可以精准定位远距离目标
[D] 光是纵波,它的传播不需要介质
【答案】 D
【解析】 太阳光是自然光,各个方向振动的光的强度相同,月光是偏振光,A正确;泊松亮斑是衍射所导致的,衍射说明光的波动性,B正确;激光平行度好,不容易发散,方向性强,所以可以精准定位远距离目标,C正确;光的传播不需要介质,但光是横波,不是纵波,D错误.
10.(2024·广东东莞期末)关于下列四幅图的解释错误的是(　　)
[A] 光导纤维是光的全反射的应用
[B] 肥皂膜的彩色条纹是由光的双缝干涉产生的
[C] 照片中,光经过大头针尖时产生的条纹是由于光的衍射
[D] 电影院中的3D电影利用了光的偏振
【答案】 B
【解析】 光导纤维是光的全反射的应用,A正确;肥皂膜的彩色条纹是由于光的薄膜干涉产生的,B错误;照片中,光经过大头针尖时产生的条纹是由于光的衍射,C正确;电影院中的3D电影利用了光的偏振,D正确.
11.(多选)(2025·广东深圳月考)关于光现象及其应用,下列说法正确的有(　　)
[A] “海市蜃楼”现象是因为大气密度不均匀,物体反射的太阳光发生了干涉
[B] 拍摄玻璃橱窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度
[C] 通过细小的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的偏振现象
[D] 一束单色光由空气射入玻璃,这束光的速度变小,波长变短
【答案】 BD
【解析】 “海市蜃楼”现象是远处的景物发出的光线经过不均匀的空气时发生全反射形成的,A错误;拍摄玻璃橱窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度,B正确;通过细小的缝隙观察日光灯,看到的彩色条纹属于光的衍射现象,C错误;光由空气射入玻璃,由v=可知该束光的速度变小,但频率不变,故波长变短,D正确.
12.(多选)(2025·广东东莞月考)对于下列光学现象的说法正确的是(　　)
[A] 图甲是双缝干涉示意图,若只增大挡板上两个狭缝S1、S2间的距离d,两相邻亮条纹间的距离Δx将减小
[B] 图乙是单缝衍射实验现象,若只在狭缝宽度不同情况下比较,则上图对应的狭缝较宽
[C] 图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样,弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的
[D] 图丁中的P、Q是偏振片,当P固定不动,缓慢转动Q时,光屏上的光亮度将一明一暗交替变化,此现象表明光是横波
【答案】 AD
【解析】 根据Δx=λ,可知只增大挡板上两个狭缝S1、S2间的距离d,相邻两亮条纹间距将减小,A正确;根据发生明显衍射现象的条件可知,狭缝越窄,衍射现象越明显,因此题图乙中的上图对应狭缝较窄,B错误;题图丙的干涉图样表明检测图样此处是凸起的,C错误;只有横波才能产生偏振现象,因此光的偏振现象表明光是一种横波,D正确.(共35张PPT)
第六节　
光的衍射和偏振
第七节　激光
1.知道光的衍射现象,知道发生明显衍射现象的条件. 2.知道光的衍射条纹的特点,能正确区分衍射条纹和干涉条纹.(重难点) 3.知道光的偏振现象,了解光是一种横波,并了解偏振现象在生产、生活中的实际应用.4.了解激光的特性和应用.
[学习目标]　
知识点一　光的衍射
「情境导学」
(1)回顾机械波发生明显衍射的条件,思考光波发生明显衍射的条件,为什么光的衍射不容易观察到
提示:(1)当障碍物或孔的尺寸小于或等于光的波长时,才发生明显衍射,而光的波长很小,不易找到足够小的障碍物或孔,故光的衍射不易观察到.
(2)用单色平行光照射一狭缝,在光屏上形成的明条纹的范围远大于狭缝的宽度,说明什么
提示:(2)说明光绕到了障碍物的后边,发生了狭缝衍射.
(3)用点光源照射一个小圆孔,光屏上形成的亮斑和亮环的范围远大于孔的尺寸,说明什么
提示:(3)说明光绕到了障碍物的后边,发生了圆孔衍射.
「知识整合」
1.光的狭缝衍射现象:光绕过了狭缝边缘传播,而不是沿 ,这就是光的狭缝衍射现象.
(1)当狭缝较宽时,光屏上是 亮的光带,符合光的直线传播规律.
(2)当狭缝变窄时,光屏上会出现 亮且宽、两边 、
的光带,整个图样 光通过狭缝按直线传播所能照亮的区域.
2.圆孔衍射现象:当圆孔 时,圆形光环的图样 通过圆孔时按照直线传播所能照亮的区域,这种现象就是圆孔衍射现象.
直线传播
一条
中央
对称分布
明暗相间
远大于
足够小
远大于
3.圆板衍射(泊松亮斑)
若在单色光传播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,这就是泊松亮斑,其特点是中央是亮斑(与圆孔衍射图样中心亮斑相比,泊松亮斑较小),圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有间距不等的明暗相间的圆环,且亮环或暗环间距随半径增大而减小.
4.发生明显衍射现象的条件:障碍物的尺寸与光的波长 ,甚至 光的波长.
相当
小于
正误辨析
(1)所有光都能发生衍射现象.(　 　)
(2)衍射和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的.(　 　)
(3)单色光的圆孔衍射,中央为大且亮的圆斑,周围为等间距的同心圆.(　 　)
(4)红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹.(　 　)
(5)白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹.(　 　)
√
×
×
√
×
[例1] (几类衍射现象的判断)(多选)(2025·广东广州月考)关于下列图的判断,准确无误的有(　　 )
[A] 甲图是圆孔衍射的图样,乙图为“泊松亮斑”
[B] 甲图为“泊松亮斑”,乙图是圆孔衍射的图样
[C] 丙图是双缝干涉图样,丁图是单缝衍射图样
[D] 丙图是单缝衍射图样,丁图是双缝干涉图样
AC
【解析】 “泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象,形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”,而圆孔衍射的图样是中间有“亮斑”,无阴影,A正确,B错误;题图丙是双缝干涉的图样,因为干涉图样中的条纹间距是相等的,单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的,中间最宽、最亮,所以题图丁是单缝衍射图样,C正确,D错误.
·归纳总结·
三种衍射图样的比较
分类 图样 特点
单缝 衍射 (1)单色光:①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.②缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,亮条纹的亮度降低.③中央亮条纹的宽度、条纹间距跟入射光的波长、单缝宽度有关,入射光的波长越大,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大.
(2)白光:中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹最宽、最亮
圆孔 衍射 (1)单色光: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.
(2)白光:中央是大且亮的白色光斑,周围是彩色同心圆环
·归纳总结·
圆盘 衍射 (1)中央是亮斑.
(2)圆盘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.
(3)周围的亮环或暗环的间距随半径增大而减小
·归纳总结·
[训练1] (单缝衍射现象)(2025·广东东莞月考)对于单缝衍射现象,下列说法正确的是(　　)
[A] 缝的宽度d越小,衍射条纹越亮
[B] 缝的宽度d越小,衍射现象越明显
[C] 缝的宽度d越小,光传播路线越接近直线
[D] 入射光的波长越短,衍射现象越明显
B
【解析】 缝的宽度d越小,衍射现象越明显,入射光的波长越长,衍射现象越明显,B正确.
[训练2] (圆孔衍射与圆盘衍射的比较)(2025·广东江门月考)某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后,分别得到如图甲、乙所示的图样,下列说法正确的是(　　)
[A] 图甲的亮斑是“泊松亮斑”,属于圆板衍射
[B] 图乙的亮斑是“泊松亮斑”,最早由泊松先推算出这个亮斑,后来泊松发现圆板中心确实有这个亮斑
[C] 不管是圆孔衍射还是圆板衍射,影像的边缘轮廓都是清晰的
[D] 发生圆孔衍射时,圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径,即光绕到障碍物的影子里
D
【解析】 题图乙的亮斑是“泊松亮斑”,属于圆板衍射,故A错误;题图乙的亮斑是“泊松亮斑”,最早由泊松先推算出这个亮斑,但泊松认为这是非常荒谬的,后来阿拉果发现圆板中心有这个亮斑,故B错误;不管是圆孔衍射还是圆板衍射,影像的边缘轮廓都是模糊不清的,故C错误;发生圆孔衍射时,圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径,即光绕到障碍物的影子里,故D正确.
[例2] (干涉与衍射的判断)(多选)(2025·广东深圳期末)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.如图甲所示,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,如图乙、丙所示.下列说法正确的有(　　 )
[A] 做单缝实验时,光强分布图如图乙所示
[B] 做单缝实验时,光强分布图如图丙所示
[C] 做双缝实验时,光强分布图如图乙所示
[D] 做双缝实验时,光强分布图如图丙所示
AD
【解析】 双缝干涉条纹等间距且中央和两侧亮度变化很小,单缝衍射条纹一定不等间距,是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹且中央亮条纹最亮,两侧亮条纹逐渐变暗.若做单缝实验时,光强分布图如题图乙所示;若做双缝实验时,光强分布图如题图丙所示,故B、C错误,A、D正确.
·规律总结·
区分单缝衍射图样与双缝干涉图样的方法
名称 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,亮度基本相同
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
·规律总结·
知识点二　光的偏振
「情境导学」
立体电影放映时需要通过两台放映机,同步放映两组胶片,观众戴上特制的3D眼镜观看,就会产生立体感,使观众有身临其境的体验,若不戴上3D眼镜,则看到银幕上的画面就会出现重影而模糊不清.3D眼镜应用了什么原理
提示: 应用了光的偏振现象.
「知识整合」
1.偏振片
(1)当光的振动方向与透振方向 时,光能完全通过偏振片;当光的振动方向与透振方向 时,光不能通过偏振片;当处于两者之间时,光只能部分通过.
(2)实验:太阳光通过两个偏振片,当两块偏振片的透光方向 时,观察到的光最强;当两块偏振片的透振方向 时,几乎观察不到光.如图所示.
平行
垂直
一致
垂直
2.偏振光
(1)定义:具有特定振动方向的光.
(2)光的偏振现象说明光是一种 .
3.偏振光的应用:偏振光眼镜可以有效地衰减进入眼睛的光强;镜头上偏振滤光片可有效地减弱水面、玻璃面 的作用;3D电影.
横波
反射光
[例3] (对偏振光的理解)(多选)关于自然光和偏振光,下列说法正确的有
( 　　)
[A] 自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同
[B] 偏振光是在垂直于传播方向的平面上,只沿着某一特定方向振动的光
[C] 自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
[D] 太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
BD
【解析】 自然光沿各个方向振动的强度相同,A错误;偏振光是在垂直于传播方向的平面上,只沿着某一特定方向振动的光,B正确;自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后不能还原为自然光,C错误;太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光,D正确.
·规律总结·
自然光与偏振光的比较
光 自然光 偏振光
不 同 点 来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光;由某种介质反射或折射的光
振动 方向 在垂直于光的传播方向的平面内,光沿各个方向振动,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,光沿某个特定方向振动
(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
[训练3] (多选)下列关于光的偏振现象的应用正确的有(　 　)
[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干涉现象
[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的影响
AD
【解析】 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,故A正确;立体电影利用了光的偏振现象,故B错误;茶色眼镜的镜片是有色镜片,它只能通过与镜片相同颜色的光,以减弱光的透射,不是偏振现象,故C错误;经水面反射的光振动方向会发生改变,故在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响,故D正确.
知识点三　激光
「情境导学」
(1)如图所示是夜晚手电筒的光和微型激光笔产生的激光,哪种光的平行度更好
提示: (1)激光的平行度更好.　
(2)航母上激光武器可以拦截导弹和飞机,该武器主要利用激光的什么特性
提示: (2)能量高.
「知识整合」
1.激光的产生
激光是原子受激辐射产生的光.
2.激光的特点及应用
(1)单色性好, 好,其应用在光纤通信、光的干涉、激光全息照相等.
(2)平行度好,可应用在激光通信、测距和跟踪目标、CD唱片、计算机光
盘等.
(3) 高,可应用在“光刀”、激光切割、激光武器等.
相干性
亮度
[例4] (激光的应用)(多选)(2025·广东广州统考)关于激光的应用,下列说法正确的有(　 　 )
[A] 光纤通信是应用激光相干性好的特点对信号进行调制,使其在光导纤维中进行信息传递
[B] 计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的
[C] 医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
[D] “激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
ABC
【解析】 光纤通信主要利用激光的相干性好的特点,A正确;计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点,B正确;医学中用激光做“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点,C正确;激光测距利用的是激光的平行度好的特点,D错误.
[训练4] (多选)(2025·广东深圳期末)激光被誉为“神奇的光”.关于激光的应用,下列说法正确的有(　 　)
[A] 激光用来控制核聚变,是因为它的方向性好,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时不会发生折射
AB
【解析】用激光来控制核聚变,是因为它的方向性好,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,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,B正确.用激光拦截导弹,摧毁卫星,是因为激光的亮度高；能利用激光测量地面到月球表面的距离,是因为激光的平行度好,但都会不同程度地受大气影响,故C、D错误.
[训练5] (多选)将激光束的宽度聚集到纳米级(10-9 m)范围内,可修复人体已损坏的器官,可对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,以上功能是利用了激光的(　 　)
[A] 单色性好 [B] 平行度好
[C] 粒子性 [D] 高能量
BD
【解析】 激光的平行度好,故可聚焦到很小的范围;激光的亮度高、能量大,故可修复器官、进行基因修复.选项B、D正确.
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