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粤教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光及其应用第六节 光的衍射和偏振导学案
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这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光及其应用第六节 光的衍射和偏振导学案，共11页。
1．知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件。
2．知道光的偏振现象，知道光是横波。
3．能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象。
4．了解激光的特点和应用。
知识点一 光的衍射
[情境导学]
提示：(1)因为光是一种波，衍射是波的特征。
(2)光不再沿直线传播。
[知识梳理]
1．狭缝衍射现象：光绕过了狭缝边缘传播，而不是直线传播，这种现象就是狭缝衍射现象。
(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．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。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。(×)
(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象。(×)
(3)所有光都能发生衍射现象。(√)
2．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．以上现象都不会发生
解析：选A 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，本题的调整是将缝调宽，现象向相反的方向发展，故选项A正确，选项B、C、D错误。
知识点二 光的偏振
[情境导学]
(1)太阳、电灯等普通光源发出的光，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。如果在光源与光屏之间放上一个偏振片(如图所示)，光屏上的明暗程度会不会发生变化？为什么？
(2)通过偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的灯光或窗外的光以及玻璃折射的光，同时转动偏振片，你感觉到有明显的明暗变化，这种现象说明什么？
提示：(1)透射光暗了一些，因为只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过。
(2)说明玻璃表面、光滑桌面反射来的灯光或窗外的光及玻璃折射的光都是偏振光。
[知识梳理]
1．偏振片
(1)构成：由特殊的材料制成。
(2)透振方向：当光的振动方向与透振方向平行时，光能完全通过偏振片。
(3)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。
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．偏振现象的应用
偏振光眼镜、照相机镜头前的偏振滤光片、车灯眩光的消除等。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)凡是波都有偏振现象。(×)
(2)反射可以引起自然光的偏振。(√)
(3)拍摄水中游鱼时，在镜前装一偏振片是利用光的偏振现象。(×)
2．光的偏振现象说明了( )
A．光是一种横波
B．光是一种纵波
C．光是一种电磁波
D．光波的波长很短
解析：选A 偏振是横波特有的一种现象，所以光的偏振现象表明了光是一种横波，选项A正确。
3．思考题。
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。
知识点三 激光
[知识梳理]
1．特点：单色性好、相干性好、平行度好、亮度高。
2．应用
(1)光导纤维：激光的亮度高，能在一定程度上保证携带信号的光在传输很长时间后仍具有足够的亮度。单色性好，只要选择好光入射到光纤的角度，则所有携带信号的光都满足全反射条件。
(2)测量距离和跟踪目标：雷达对准目标发出一个极短的激光脉冲，通过测量从发射脉冲到接收回波的时间，可算出目标的距离。
(3)医学上：可用作“光刀”，还可以用水激光治疗牙疼。
(4)测量大气中水蒸气的饱和程度，准确预告降雨量。
(5)全息照相：能同时记录振幅和相位的照相。利用了激光的相干性、平行度好和亮度高的特点。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点。(×)
(2)医学中用激光作为“光刀”来切除肿瘤是应用了激光的亮度高的特点。(√)
(3)“激光的测距”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。(×)
2．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．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．激光亮度高，可以用在医学上作为“光刀”切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜
解析：选D 全息照片拍摄是利用了激光的频率单一、相干性好，能够产生明显的干涉，故A错误；激光平行度好，可以用在雷达上进行精确的测距，故B错误；激光相干性好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故C错误；激光的光强度大、能量集中，可以用在医学上作为“光刀”切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜，故D正确。
1．光产生明显衍射的条件
障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相比差不多，甚至比光的波长小。
2．衍射图样的特点
(1)单缝衍射图样
①中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，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，所以亮条纹的亮度降低。
③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，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。
④用白光做单缝衍射时，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
①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(亮)环亮度越低。
②白光的圆孔衍射图样，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
(3)圆板衍射图样
①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，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。
②形成泊松亮斑时，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。
③周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。
[例题1] (多选)关于光的衍射现象，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，A项正确；白光的衍射图样是彩色条纹，B项错误；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项正确；光的衍射现象只有明显与不明显之分，虽然光沿直线传播，但仍存在光的衍射，D项错误。
[答案] AC
衍射图样的特征
(1)衍射条纹的特征可以用十二个字概括：“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。
[针对训练]
1．在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的游标卡尺测量脚形成的狭缝观看远处的线状白炽灯丝(灯丝或灯管都要平行于狭缝)，可以看到( )
A．黑白相间的直条纹 B．黑白相间的弧状条纹
C．彩色的直条纹D．彩色的弧状条纹
解析：选C 白炽灯(或日光灯管)发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射图样中条纹宽度和间距都不相同，因此各单色光亮纹或暗纹不能完全重叠在一起，所以形成彩色条纹，因为是通过狭缝观看，所以是彩色直条纹，故选项C正确，选项A、B、D错误。
2．(多选)(2020·四川绵阳模拟)在单缝衍射实验中，用红色激光照射单缝，在下列不同条件下缝后的屏幕上出现的现象，正确的是( )
A．当缝较宽时，屏上出现一条与缝宽相当的亮条纹
B．当缝很窄并继续调窄时，中央亮条纹变亮，宽度增大
C．当缝很窄并继续调窄时，中央亮条纹亮度降低，宽度增大
D．当缝很窄时，屏上出现了中央亮条纹，此时改用蓝色激光，则中央亮条纹宽度不变
解析：选AC 当缝较宽时，不会出现明显的衍射现象，此时光沿直线传播，因此屏上出现一条与缝宽相当的亮条纹，A正确；衍射条纹的宽度与缝的宽度有关，缝变宽，条纹宽度变窄，亮度增大，缝变窄，条纹宽度变宽，亮度减弱，当缝的宽度变窄时，衍射现象更明显，中央亮条纹宽度增加，但亮度降低，B错误，C正确；当缝很窄时，屏上出现了中央亮条纹，若改用蓝色激光，因波长变短，则中央亮条纹宽度变小，D错误。
3．如图所示，甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像，其中图甲是光的________(选填“干涉”或“衍射”)图像。由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径________(选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径。
解析：图甲是圆孔衍射图样，图乙是光沿直线传播通过圆孔形成的亮斑。只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象，图甲是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在10－7 m数量级上，所以图甲对应的圆孔的孔径比图乙所对应的圆孔的孔径小。
答案：衍射 小于
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，只有沿着这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．光的偏振现象表明光是一种横波。
3．自然光与偏振光的比较
[例题2] (多选)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，则下列说法正确的是( )
A．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°，屏上透射光的强度才会最弱，几乎为零
C．不论是将A还是将B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度都会最弱，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，光屏上光的强度最大；当二者透振方向垂直时，光屏上光的强度最弱，几乎为零。可知A、C选项正确。
[答案] AC
(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
①让自然光通过偏振片；
②自然光射到两种介质的分界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
[针对训练]
1．下面关于光的偏振现象的应用正确的是( )
A．立体电影利用了光的干涉现象
B．为了增加光的透射率，照相机镜头表面的镀膜是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的影响
解析：选D 放映的时候用双镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，故A错误；为了增加光的透射率，照相机镜头表面的镀膜是利用了光的薄膜干涉现象，故B错误；茶色眼镜利用了金属化合物在玻璃中变化，从而形成色彩，故C错误；拍摄日落时水面下的景物时，为防止反射光，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。
2．将两个偏振片紧靠在一起，把它们放在一盏灯(自然光)前面，眼睛透过偏振片看到灯光很微弱。如果将其中一个偏振片旋转180°，在旋转过程中会观察到的现象是( )
A．灯光逐渐增强，然后又逐渐减弱
B．灯光逐渐增强，然后减到零
C．灯光逐渐增强，没有变弱现象
D．灯光逐渐增强，再减弱，然后又增强到较亮
解析：选A 由开始时眼睛透过偏振片看到的灯光很弱，表明此时两个偏振片的偏振方向几乎垂直。当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的方向由几乎垂直到平行再到几乎垂直，所以通过的光强先逐渐增强，然后又逐渐减弱，故A正确，B、C、D错误。
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、颜色特别纯。用激光做衍射、干涉实验，效果很好。
(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。
[例题3] (多选) 激光技术是在1958年发明的。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
[解析] 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，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，是因为激光的平行度好、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
[针对训练]
1．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：选C 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，C正确。
2．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛，下面关于激光的叙述正确的是( )
A．激光是纵波
B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C．两束频率不同的激光能产生干涉现象
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
解析：选D 激光是横波，A项错误；由公式v＝λf及v＝eq \f(c,n)可知，频率相同的激光在不同介质中的波长不同，B项错误；干涉的条件是两列波的频率相同，C项错误；测量距离利用的是激光的平行度好的特点，D项正确。
1．(2020·福建南安侨光中学月考)一束激光照在一个很小的圆盘上，在屏上观察到如图所示的图样，在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。下列说法正确的是( )
A．圆盘中心有个小孔，这是光的衍射现象
B．圆盘中心是不透光的，这是光的衍射现象
C．圆盘中心有个小孔，这是光的干涉现象
D．圆盘中心是不透光的，这是光的干涉现象
解析：选B 当用激光照射直径小于激光的波长的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，这就是泊松亮斑。该现象说明光线偏离原来的直线方向传播，是激光绕过不透光的圆盘发生衍射形成的。故A、C、D错误，B正确。
2．2003年3月1日，美军空投传单，向伊军宣传说，美国利用卫星可以将地面状况看得一清二楚。而伊方称，已在首都布满了对空机关炮。(《华盛顿邮政》3月2日报道)试问：在战争爆发时，伊方欲用激光器击毁位于地平线上方的空间站，则应将激光器( )
A．瞄高些
B．瞄低些
C．沿视线直接瞄准
D．若激光束是红色，而空间站是蓝色的，则应瞄高些
解析：选C 空间站反射太阳的光射向地球，通过地球大气层要发生折射，而激光器发出的光通过大气层射向空间站也要发生折射，根据光路可逆知，两者的光路相同。因此，A、B两项错误，C项正确。D项中空间站是蓝色的，反射光也是蓝色的，比红色激光束的折射率大，由折射定律知应瞄低些方能射中，故D项错误。
3．(2020·北京朝阳区期末)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。偏振光通过糖的水溶液后，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
解析：选D 由题意知，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。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)。偏振光也是波，能产生干涉和衍射现象。故选D。
4．(2019·江苏高考)将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的________(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度________(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时，这种现象十分明显。
解析：通过两支并排放在一起的铅笔间的狭缝观察与其平行的日光灯，看到的彩色条纹是单缝衍射条纹，是由光的衍射产生的。当缝的宽度接近光的波长时，单缝衍射现象十分明显。
答案：衍射 接近
5．(2018·浙江4月选考节选)细丝和单缝有相似的衍射图样。在相同条件下，小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝Ⅰ和细丝Ⅱ，在光屏上形成的衍射图样如图甲中a和b所示。已知细丝Ⅰ的直径为0.605 mm，现用螺旋测微器测量细丝Ⅱ的直径，如图乙所示，细丝Ⅱ的直径为________mm。图甲中的________(选填“a”或“b”)是细丝Ⅱ的衍射图样。
解析：由题图乙可知，细丝Ⅱ的直径为0.5 mm＋49.9×0.01 mm＝0.999 mm。细丝的直径越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；细丝的直径越大，衍射现象越不明显，条纹间距越小。a中条纹间距小，对应的细丝比较粗；b中条纹间距大，对应的细丝比较细。因为0.999 mm大于0.605 mm，所以题图甲中的a是细丝Ⅱ的衍射图样。
答案：0.999 a
对光的衍射的理解
对光的偏振现象的理解
自然光
偏振光
不
同
点
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器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(与起偏器透振方向一致)
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
激光的特点及应用
1．知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件。
2．知道光的偏振现象，知道光是横波。
3．能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象。
4．了解激光的特点和应用。
知识点一 光的衍射
[情境导学]
提示：(1)因为光是一种波，衍射是波的特征。
(2)光不再沿直线传播。
[知识梳理]
1．狭缝衍射现象：光绕过了狭缝边缘传播，而不是直线传播，这种现象就是狭缝衍射现象。
(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．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。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。(×)
(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象。(×)
(3)所有光都能发生衍射现象。(√)
2．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．以上现象都不会发生
解析：选A 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，本题的调整是将缝调宽，现象向相反的方向发展，故选项A正确，选项B、C、D错误。
知识点二 光的偏振
[情境导学]
(1)太阳、电灯等普通光源发出的光，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。如果在光源与光屏之间放上一个偏振片(如图所示)，光屏上的明暗程度会不会发生变化？为什么？
(2)通过偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的灯光或窗外的光以及玻璃折射的光，同时转动偏振片，你感觉到有明显的明暗变化，这种现象说明什么？
提示：(1)透射光暗了一些，因为只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过。
(2)说明玻璃表面、光滑桌面反射来的灯光或窗外的光及玻璃折射的光都是偏振光。
[知识梳理]
1．偏振片
(1)构成：由特殊的材料制成。
(2)透振方向：当光的振动方向与透振方向平行时，光能完全通过偏振片。
(3)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。
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．偏振现象的应用
偏振光眼镜、照相机镜头前的偏振滤光片、车灯眩光的消除等。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)凡是波都有偏振现象。(×)
(2)反射可以引起自然光的偏振。(√)
(3)拍摄水中游鱼时，在镜前装一偏振片是利用光的偏振现象。(×)
2．光的偏振现象说明了( )
A．光是一种横波
B．光是一种纵波
C．光是一种电磁波
D．光波的波长很短
解析：选A 偏振是横波特有的一种现象，所以光的偏振现象表明了光是一种横波，选项A正确。
3．思考题。
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。
知识点三 激光
[知识梳理]
1．特点：单色性好、相干性好、平行度好、亮度高。
2．应用
(1)光导纤维：激光的亮度高，能在一定程度上保证携带信号的光在传输很长时间后仍具有足够的亮度。单色性好，只要选择好光入射到光纤的角度，则所有携带信号的光都满足全反射条件。
(2)测量距离和跟踪目标：雷达对准目标发出一个极短的激光脉冲，通过测量从发射脉冲到接收回波的时间，可算出目标的距离。
(3)医学上：可用作“光刀”，还可以用水激光治疗牙疼。
(4)测量大气中水蒸气的饱和程度，准确预告降雨量。
(5)全息照相：能同时记录振幅和相位的照相。利用了激光的相干性、平行度好和亮度高的特点。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点。(×)
(2)医学中用激光作为“光刀”来切除肿瘤是应用了激光的亮度高的特点。(√)
(3)“激光的测距”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。(×)
2．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．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．激光亮度高，可以用在医学上作为“光刀”切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜
解析：选D 全息照片拍摄是利用了激光的频率单一、相干性好，能够产生明显的干涉，故A错误；激光平行度好，可以用在雷达上进行精确的测距，故B错误；激光相干性好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故C错误；激光的光强度大、能量集中，可以用在医学上作为“光刀”切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜，故D正确。
1．光产生明显衍射的条件
障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相比差不多，甚至比光的波长小。
2．衍射图样的特点
(1)单缝衍射图样
①中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，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，所以亮条纹的亮度降低。
③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，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。
④用白光做单缝衍射时，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
①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(亮)环亮度越低。
②白光的圆孔衍射图样，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
(3)圆板衍射图样
①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，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。
②形成泊松亮斑时，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。
③周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。
[例题1] (多选)关于光的衍射现象，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，A项正确；白光的衍射图样是彩色条纹，B项错误；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项正确；光的衍射现象只有明显与不明显之分，虽然光沿直线传播，但仍存在光的衍射，D项错误。
[答案] AC
衍射图样的特征
(1)衍射条纹的特征可以用十二个字概括：“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。
[针对训练]
1．在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的游标卡尺测量脚形成的狭缝观看远处的线状白炽灯丝(灯丝或灯管都要平行于狭缝)，可以看到( )
A．黑白相间的直条纹 B．黑白相间的弧状条纹
C．彩色的直条纹D．彩色的弧状条纹
解析：选C 白炽灯(或日光灯管)发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射图样中条纹宽度和间距都不相同，因此各单色光亮纹或暗纹不能完全重叠在一起，所以形成彩色条纹，因为是通过狭缝观看，所以是彩色直条纹，故选项C正确，选项A、B、D错误。
2．(多选)(2020·四川绵阳模拟)在单缝衍射实验中，用红色激光照射单缝，在下列不同条件下缝后的屏幕上出现的现象，正确的是( )
A．当缝较宽时，屏上出现一条与缝宽相当的亮条纹
B．当缝很窄并继续调窄时，中央亮条纹变亮，宽度增大
C．当缝很窄并继续调窄时，中央亮条纹亮度降低，宽度增大
D．当缝很窄时，屏上出现了中央亮条纹，此时改用蓝色激光，则中央亮条纹宽度不变
解析：选AC 当缝较宽时，不会出现明显的衍射现象，此时光沿直线传播，因此屏上出现一条与缝宽相当的亮条纹，A正确；衍射条纹的宽度与缝的宽度有关，缝变宽，条纹宽度变窄，亮度增大，缝变窄，条纹宽度变宽，亮度减弱，当缝的宽度变窄时，衍射现象更明显，中央亮条纹宽度增加，但亮度降低，B错误，C正确；当缝很窄时，屏上出现了中央亮条纹，若改用蓝色激光，因波长变短，则中央亮条纹宽度变小，D错误。
3．如图所示，甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像，其中图甲是光的________(选填“干涉”或“衍射”)图像。由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径________(选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径。
解析：图甲是圆孔衍射图样，图乙是光沿直线传播通过圆孔形成的亮斑。只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象，图甲是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在10－7 m数量级上，所以图甲对应的圆孔的孔径比图乙所对应的圆孔的孔径小。
答案：衍射 小于
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，只有沿着这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．光的偏振现象表明光是一种横波。
3．自然光与偏振光的比较
[例题2] (多选)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，则下列说法正确的是( )
A．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°，屏上透射光的强度才会最弱，几乎为零
C．不论是将A还是将B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度都会最弱，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，光屏上光的强度最大；当二者透振方向垂直时，光屏上光的强度最弱，几乎为零。可知A、C选项正确。
[答案] AC
(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
①让自然光通过偏振片；
②自然光射到两种介质的分界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
[针对训练]
1．下面关于光的偏振现象的应用正确的是( )
A．立体电影利用了光的干涉现象
B．为了增加光的透射率，照相机镜头表面的镀膜是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的影响
解析：选D 放映的时候用双镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，故A错误；为了增加光的透射率，照相机镜头表面的镀膜是利用了光的薄膜干涉现象，故B错误；茶色眼镜利用了金属化合物在玻璃中变化，从而形成色彩，故C错误；拍摄日落时水面下的景物时，为防止反射光，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。
2．将两个偏振片紧靠在一起，把它们放在一盏灯(自然光)前面，眼睛透过偏振片看到灯光很微弱。如果将其中一个偏振片旋转180°，在旋转过程中会观察到的现象是( )
A．灯光逐渐增强，然后又逐渐减弱
B．灯光逐渐增强，然后减到零
C．灯光逐渐增强，没有变弱现象
D．灯光逐渐增强，再减弱，然后又增强到较亮
解析：选A 由开始时眼睛透过偏振片看到的灯光很弱，表明此时两个偏振片的偏振方向几乎垂直。当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的方向由几乎垂直到平行再到几乎垂直，所以通过的光强先逐渐增强，然后又逐渐减弱，故A正确，B、C、D错误。
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、颜色特别纯。用激光做衍射、干涉实验，效果很好。
(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。
[例题3] (多选) 激光技术是在1958年发明的。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
[解析] 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，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，是因为激光的平行度好、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
[针对训练]
1．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：选C 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，C正确。
2．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛，下面关于激光的叙述正确的是( )
A．激光是纵波
B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C．两束频率不同的激光能产生干涉现象
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
解析：选D 激光是横波，A项错误；由公式v＝λf及v＝eq \f(c,n)可知，频率相同的激光在不同介质中的波长不同，B项错误；干涉的条件是两列波的频率相同，C项错误；测量距离利用的是激光的平行度好的特点，D项正确。
1．(2020·福建南安侨光中学月考)一束激光照在一个很小的圆盘上，在屏上观察到如图所示的图样，在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。下列说法正确的是( )
A．圆盘中心有个小孔，这是光的衍射现象
B．圆盘中心是不透光的，这是光的衍射现象
C．圆盘中心有个小孔，这是光的干涉现象
D．圆盘中心是不透光的，这是光的干涉现象
解析：选B 当用激光照射直径小于激光的波长的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，这就是泊松亮斑。该现象说明光线偏离原来的直线方向传播，是激光绕过不透光的圆盘发生衍射形成的。故A、C、D错误，B正确。
2．2003年3月1日，美军空投传单，向伊军宣传说，美国利用卫星可以将地面状况看得一清二楚。而伊方称，已在首都布满了对空机关炮。(《华盛顿邮政》3月2日报道)试问：在战争爆发时，伊方欲用激光器击毁位于地平线上方的空间站，则应将激光器( )
A．瞄高些
B．瞄低些
C．沿视线直接瞄准
D．若激光束是红色，而空间站是蓝色的，则应瞄高些
解析：选C 空间站反射太阳的光射向地球，通过地球大气层要发生折射，而激光器发出的光通过大气层射向空间站也要发生折射，根据光路可逆知，两者的光路相同。因此，A、B两项错误，C项正确。D项中空间站是蓝色的，反射光也是蓝色的，比红色激光束的折射率大，由折射定律知应瞄低些方能射中，故D项错误。
3．(2020·北京朝阳区期末)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。偏振光通过糖的水溶液后，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
解析：选D 由题意知，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。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)。偏振光也是波，能产生干涉和衍射现象。故选D。
4．(2019·江苏高考)将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的________(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度________(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时，这种现象十分明显。
解析：通过两支并排放在一起的铅笔间的狭缝观察与其平行的日光灯，看到的彩色条纹是单缝衍射条纹，是由光的衍射产生的。当缝的宽度接近光的波长时，单缝衍射现象十分明显。
答案：衍射 接近
5．(2018·浙江4月选考节选)细丝和单缝有相似的衍射图样。在相同条件下，小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝Ⅰ和细丝Ⅱ，在光屏上形成的衍射图样如图甲中a和b所示。已知细丝Ⅰ的直径为0.605 mm，现用螺旋测微器测量细丝Ⅱ的直径，如图乙所示，细丝Ⅱ的直径为________mm。图甲中的________(选填“a”或“b”)是细丝Ⅱ的衍射图样。
解析：由题图乙可知，细丝Ⅱ的直径为0.5 mm＋49.9×0.01 mm＝0.999 mm。细丝的直径越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；细丝的直径越大，衍射现象越不明显，条纹间距越小。a中条纹间距小，对应的细丝比较粗；b中条纹间距大，对应的细丝比较细。因为0.999 mm大于0.605 mm，所以题图甲中的a是细丝Ⅱ的衍射图样。
答案：0.999 a
对光的衍射的理解
对光的偏振现象的理解
自然光
偏振光
不
同
点
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器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(与起偏器透振方向一致)
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
激光的特点及应用
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