4.5-4.6光的衍射和光的偏振激光學習目錄學習目錄考點一、光的衍射 1考點二、衍射光柵 1考點三、偏振 4考點四、激光的特點及其應用 5【鞏固練習】 9知識知識掌握考點一、光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當縫很窄時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當寬的地方．這就是光的衍射現(xiàn)象．2．各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現(xiàn)明暗相間的條紋．3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：在障礙物的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯．考點二、衍射光柵1．構成：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學元件．2．增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加．3．種類：透射光柵和反射光柵．（2023?重慶模擬）某研究性學習小組用激光束照射圓孔和不透明圓板后，分別得到如圖甲、乙所示的圖樣，則下列說法錯誤的是（）A．甲圖屬于圓孔衍射 B．乙圖的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出這個亮斑，后來泊松發(fā)現(xiàn)圓板中心的確有這個亮斑 C．不管是圓孔衍射還是圓盤衍射，影像的邊緣輪廓都是模糊不清的 D．發(fā)生圓孔衍射時，圓形光環(huán)的圖樣半徑遠大于圓孔的半徑，即光繞到障礙物的影子里【解答】解：A．根據(jù)衍射條紋的特點可知甲圖屬于圓孔衍射，乙圖是光線照射到圓板后的衍射圖樣，即圖乙為著名的“泊松亮斑，故A正確；B．乙圖的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出這個亮斑，但泊松認為這是非?；闹嚨模髞矸颇c阿拉果發(fā)現(xiàn)圓板中心有這個亮斑，故B錯誤；C．不管是圓孔衍射還是圓盤衍射，影像的邊緣輪廓都是模糊不清的，故C正確；D．發(fā)生圓孔衍射時，圓形光環(huán)的圖樣半徑遠大于圓孔的半徑，即光繞到障礙物的影子里，故D正確。本題選擇錯誤的，故選：B。（2023?奉賢區(qū)二模）一束激光照在很小的圓盤上，在屏上觀察到如圖所示的圖樣，在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的“泊松亮斑”。下列說法正確的是（）A．圓盤中心有個小孔，這是光的衍射現(xiàn)象 B．圓盤中心有個小孔，這是光的干涉現(xiàn)象 C．圓盤中心是不透光的，這是光的衍射現(xiàn)象 D．圓盤中心是不透光的，這是光的干涉現(xiàn)象【解答】解：當用激光照射直徑小于激光束的不透明圓盤時，在圓盤后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個亮斑，亮斑的周圍是明暗相間的環(huán)狀條紋，這就是泊松亮斑，說明光線偏離原來的直線方向傳播，是激光繞過不透光的圓盤發(fā)生衍射形成的，泊松最初做本實驗的目的是推翻光的波動性，而實驗結果卻證明了光的波動性，故ABD錯誤，C正確。故選：C。（2022秋?徐州期末）用激光a和激光b分別照射同一狹縫，得到的衍射圖樣如圖所示。兩束激光的頻率分別為νa、νb，波長分別為λa、λb，則下列關系正確的是（）A．νa＜νb B．νa＝νb C．λa＜λb D．λa＝λb【解答】解：根據(jù)單縫衍射的特點可知，光的波長越大，單縫衍射中央亮條紋越寬，由圖可知a的波長大于b，即λa＞λb，由ν=cλ可知，νa＜ν故選：A。（2022秋?房山區(qū)期末）如圖所示為一束紅光經(jīng)過狹縫裝置得到的圖樣，下列說法正確的是（）A．圖為干涉圖樣 B．圖為衍射圖樣 C．只減小狹縫寬度，中央亮紋寬度會變窄 D．當狹縫寬度調到很窄時，中央亮條紋亮度升高【解答】解：AB.如圖所示為一束紅光經(jīng)過狹縫裝置得到的圖樣，是單縫衍射圖樣，故A錯誤，B正確；C.根據(jù)單縫衍射圖樣特點，減小狹縫寬度，中央亮紋寬度會變寬，故C錯誤；D.根據(jù)單縫衍射圖樣特點，當狹縫寬度調到很窄時，中央亮條紋亮度降低，故D錯誤；故選：B。（2023?南平模擬）如圖甲所示，每年夏季我國多地會出現(xiàn)日暈現(xiàn)象，日暈是太陽光通過卷層云時，發(fā)生折射或反射形成的。一束太陽光射到截面為六角形的冰晶上發(fā)生折射，其光路圖如圖乙所示，a、b為其折射出的光線中兩種單色光，下列說法正確的是（）A．在冰晶中，b光的傳播速度較大 B．從同種玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角較大 C．通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距較小 D．用同一裝置做單縫衍射實驗，b光的中央亮條紋更寬【解答】解：A.由圖看出，太陽光射入六角形冰晶時，入射角相等而a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律得知，六角形冰晶對a光的折射率小于對b光的折射率，由n=cv可知vB.由臨界角公式sinC=1C.a光的折射率小于b光的折射率，a光的頻率小于b光的頻率，所以a光的波長大于b光的波長，根據(jù)Δx=LdD.b光的折射率大，波長短，波動性弱，當用b做單縫衍射實驗，要比用a做時中央亮條更窄，故D錯誤。故選：B。考點三、偏振1．偏振現(xiàn)象：不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向也可能不同，這種現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”，橫波的振動方向稱為“偏振方向”．2．光的偏振(1)偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”．(2)自然光和偏振光①自然光：太陽、日光燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同．這種光是“自然光”．②偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動，這種光叫作偏振光．(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波．考點四、激光的特點及其應用特點應用相干性強：激光具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特點，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度好：激光的平行度非常好，傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度激光測距，為槍械、火炮、導彈等武器提供目標指引亮度高：它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量用激光束切割、焊接，醫(yī)學上可以用激光做“光刀”，激發(fā)核聚變等（2023春?沈陽期中）光在科學技術、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應用，下列選項符合實際應用的是（）A．立體電影利用了光的干涉 B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的偏振 C．在光導纖維內傳送圖像是利用光的衍射 D．利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離【解答】解：A．立體電影利用了光的偏振現(xiàn)象，不是干涉現(xiàn)象，故A錯誤；B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，故B錯誤；C．在光導纖維內傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象，減少能量損失，故C錯誤；D．利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離，減小測量誤差，故D正確。故選：D。（2023春?東莞市校級月考）下列關于光學現(xiàn)象的說法正確的是（）A．激光的相干性好，可以用于精確測距 B．陽光下水面上的油膜呈現(xiàn)出彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象 C．觀看3D立體電影時，觀眾戴的眼鏡是應用光的全反射原理制成的 D．唐詩“潭清疑水淺，荷動知魚散”中“疑水淺”是由于發(fā)生了光的折射【解答】解：A．激光的相干性好可以用來通信，激光的平行度好可以用來測距，故A錯誤；B．陽光下水面上的油膜呈現(xiàn)出彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象，故B錯誤；C．觀看3D立體電影時，觀眾戴的眼鏡是應用光的偏振原理制成的，故C錯誤；D．人看到的水底是光從水中斜射入空氣中時發(fā)生折射形成的虛像，屬于光的折射，像的位置比實際物體要淺，所以看上去水底淺，實際上很深，故D正確。故選：D。（2023春?天津期中）下列有關光現(xiàn)象的說法正確的是（）A．“激光測距雷達”利用激光測量很遠目標的距離是應用了激光亮度高的特點 B．光導纖維傳遞光信號是利用光的折射原理 C．利用紅光做單縫衍射實驗時，單縫寬0.4mm時形成的中央亮條紋比單縫寬0.8mm時形成的中央亮條紋要窄 D．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波【解答】解：A.“激光測距雷達”利用激光測量很遠目標的距離是應用了激光平行度好，方向性好的特點，故A錯誤；B.光導纖維傳遞光信號是利用光的全反射原理，故B錯誤；C.利用紅光做單縫衍射實驗時，單縫寬0.4mm時形成的中央亮條紋比單縫寬0.8mm時形成的中央亮條紋要寬，故C錯誤；D.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，故D正確。故選：D。（2022秋?六盤水期末）立體電影（3D電影），觀看3D電影時，需要戴上一種偏光3D眼鏡，此時能給人一種立體感。下列說法中正確的是（）A．不戴3D眼鏡，看到的電影畫面也很清晰，只是沒有立體感 B．用3D眼鏡觀看3D電影應用了光的偏振現(xiàn)象 C．觀看3D電影所用的3D眼鏡與普通眼鏡的功能是一樣的 D．戴上3D眼鏡觀看3D電影時，左右兩眼看到的畫面是一模一樣的【解答】解：A．3D立體電影是用兩臺攝像機從不同角度拍同一個畫面拍攝出來的，因此如果只是裸視看這樣的電影，畫面是重的，看到的電影畫面不清晰，故A錯誤；B．3D眼鏡本質上是一種偏振光眼鏡，通過調節(jié)透振方向，左眼只能看“左視”畫面，右眼只能看“右視”畫面，通過雙眼的會聚功能將左右像疊加在眼底，由大腦產(chǎn)生三維視覺效果，因此銀幕上的畫面就產(chǎn)生了立體感，故B正確；C．根據(jù)上述可知3D眼鏡本質上是一種偏光眼鏡，因此觀看3D電影所用的3D眼鏡與普通眼鏡的功能不一樣，故C錯誤；D．3D眼鏡是靠左右眼看到不一樣的圖像形成雙目視差，所以左右兩眼看到的畫面不一樣，故D錯誤。故選：B。（2022秋?雁峰區(qū)校級期末）對于以下的光學現(xiàn)象說法中正確的是（）A．圖甲是雙縫干涉示意圖，若只增大兩個狹縫S1、S2間的距離d，相鄰亮條紋間距離Δx將增大 B．圖乙是單色光單縫衍射實驗現(xiàn)象，若在狹縫寬度相同情況下，上圖對應光的波長較短 C．圖丙是用干涉法檢測工件表面平整程度時得到的干涉圖樣，彎曲的干涉條紋說明被檢測的平面在此處是凸起的 D．圖丁中的P、Q是偏振片，當P固定不動，緩慢轉動Q時，光屏上的光亮度將一明一暗交替變化，此現(xiàn)象表明光波是縱波【解答】解：A．根據(jù)Δx=lB．由圖可知，上圖的衍射現(xiàn)象比下圖更明顯，可知在狹縫寬度相同情況下，下圖對應的光波長較短，故B錯誤；C．由圖可知，條紋向空氣薄膜較厚處發(fā)生彎曲，說明彎曲處的光程差變短，空氣薄膜間距變小，則被檢測的平面在此處是凸起的，故C正確；D．緩慢轉動Q時，光屏上的光亮度將一明一暗交替變化，表明光振動的方向與傳播的方向垂直，光波是橫波，故D錯誤。故選：C。知識知識深化1．單縫衍射(1)單色光通過狹縫時，在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋．(2)波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大．2.圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)．如圖1所示．圖1(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越?。?2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．3．圓板衍射(泊松亮斑)(1)若在單色光傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑．衍射圖樣如圖2所示．圖2(2)中央是亮斑，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)．二、單縫衍射與雙縫干涉的比較1．不同點(1)產(chǎn)生條件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(單縫衍射：狹縫足夠小發(fā)生明顯衍射,雙縫干涉：頻率相同的兩列光波相遇疊加))(2)圖樣eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(單縫衍射的圖樣是中央為最寬最亮的亮條紋，,兩側亮條紋變暗變窄,雙縫干涉的圖樣是亮度相同的等間距的條紋))2．相同點(1)都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或減弱的結果．(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波．【鞏固練習】（2023春?天河區(qū)校級期中）關于光的特性，下列描述正確的是（）A．同一種色光，在不同介質中波長、頻率均不同 B．雨后路面上的油膜形成彩色的條紋，是光的衍射現(xiàn)象 C．分別用單色紅光和單色綠光通過同一雙縫干涉裝置，后者條紋間距較寬 D．光照射到不透明的小圓盤上，在小圓盤背后陰影區(qū)出現(xiàn)泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象【解答】解：A、同一種色光總是頻率相同的，在不同介質里波長和波速不同，頻率是相同，故A錯誤；C、根據(jù)光的干涉公式：Δx=LλB、雨后路面上的油膜上形成的彩色條紋是由光的薄膜干涉，故B錯誤；D、光照射到不透明的小圓盤上，在小圓盤背后陰影區(qū)出現(xiàn)泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，故D正確。故選：D。（2023春?天河區(qū)校級期中）關于教材中出現(xiàn)的以下四張圖片，下列說法不正確的是（）A．圖1所示疾馳而過的急救車使人感覺音調變化，是由于波的疊加引起的 B．圖2所示豎直的肥皂膜看起來常常是水平彩色橫紋，是由于光的干涉產(chǎn)生的 C．圖3所示泊松亮斑現(xiàn)象是由于光的衍射產(chǎn)生的 D．圖4所示水中的氣泡看上去特別明亮，是由于光的全反射引起的【解答】解：A．圖1，疾馳而過的急救車使人感覺音調發(fā)生變化，這是由于多普勒效應引起的，故A錯誤；B．圖2，豎直的肥皂膜看起來常常是水平彩色橫紋，是由于光的薄膜干涉產(chǎn)生的，故B正確；C．圖3，泊松亮斑現(xiàn)象是由于光的衍射產(chǎn)生的，故C正確；D．圖4，水中的氣泡看上去特別明亮，是由于光從水進入氣泡時發(fā)生了全反射引起的，故D正確。本題選不正確的，故選：A。（2023?泉州模擬）如圖，被熏黑的鐵球表面有一層很薄的碳顆粒層，將其放入水中，碳顆粒層與水之間又形成了一空氣層，看上去變得锃亮。這屬于光的（）A．折射現(xiàn)象 B．全反射現(xiàn)象 C．干涉現(xiàn)象 D．衍射現(xiàn)象【解答】解：碳粒層與水之間又形成了一空氣層，光由空氣進入水會發(fā)生折射現(xiàn)象，但是光線由水內部射向空氣時，由于角度問題大部分光線發(fā)生了全反射，一般要經(jīng)過2次或者更多次全反射之后才折射出來，即光線在經(jīng)過很多路徑才傳播出來，由于這些光路重疊交織在一起，所以看起來會比較亮。這是光的全反射現(xiàn)象所形成的。故ACD錯誤，B正確；故選：B。（2022秋?鄄城縣校級期末）2022年9月10日是農(nóng)歷八月十五日的中秋望月，各地月出時刻約為18點10～20分，所以傍晚升起的月亮可以說是最圓的月亮，關于光現(xiàn)象及其應用，下列說法正確的是（）A．海市蜃樓是由于光在不均勻介質中發(fā)生光的折射造成的 B．光的衍射現(xiàn)象說明光具有粒子性，全息照相主要是利用了光的衍射現(xiàn)象 C．無影燈是應用光的衍射現(xiàn)象，分光鏡是利用光的全反射原理 D．紅黃綠交通信號燈中，紅光波長最短，最不易發(fā)生明顯衍射【解答】解：A、夏天由于大氣的不均勻，海面上的下層空氣，溫度比上層低，密度比上層大，折射率也比上層大，我們可以把海面上的空氣看作是由折射率不同的許多水平氣層組成的，遠處的山峰、船舶、樓臺、人等發(fā)出的光線射向空中時，由于不斷被折射，越來越偏離法線方向，進入上層的入射角不斷增大，以致發(fā)生全反射，光線反射回地面，人們逆著光線看去，就會看到遠方的景物懸在空中，而產(chǎn)生了“海市蜃樓”現(xiàn)象，故A正確；B、光的行射現(xiàn)象說明光具有波動性，全息照相利用了光的干涉現(xiàn)象，故B錯誤；C、無影燈是利用光的直線傳播原理，分光鏡是應用光的折射而產(chǎn)生色散的原理，故C錯誤；D、交通信號燈采用的紅黃綠三種色光中，紅光波長最長，最易發(fā)生明顯衍射，故D錯誤。故選：A。（2022秋?古冶區(qū)校級期末）抽制高強度纖維細絲時可用激光監(jiān)控其粗細，如圖所示，觀察激光束經(jīng)過細絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細絲粗細的變化。下列說法正確的是（）A．這里應用的是光的色散現(xiàn)象 B．這里應用的是光的偏振現(xiàn)象 C．如果屏上條紋變窄，表明抽制的絲變細 D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細【解答】解：當障礙物的尺寸與波的波長相當，或小于波的波長，會發(fā)生明顯的衍射，該裝置的原理是運用光的衍射現(xiàn)象，如果屏上條紋變寬，則金屬絲變細。故D正確，A、B、C錯誤。故選：D。（2022春?寶應縣校級期中）如圖所示，一束光射向一塊半球形玻璃磚底面中心O點，經(jīng)折射后分成a、b兩束光。則下面結論正確的是（）A．若a為藍光，那么b有可能黃光 B．在玻璃中a光的傳播速度小于b光的傳播速度 C．在玻璃中，a光的臨界角大于b光的臨界角 D．b光相對于a光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象【解答】解：A、a光和b光從空氣射入玻璃，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，根據(jù)折射定律得：n=sinαsinβ，其中α為入射角，B、由v=cC、設臨界角為C，則sinC=1D、波長越長，頻率越小，越容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，則a光比b光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，故D錯誤。故選：C。（多選）（2023?浙江模擬）如圖是一張風景照片，湖水清澈見底，近處湖面水下的景物都看得很清楚，而遠處則只看到對岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物則根本看不到。下列說法中正確的是（）A．水下的石頭看起來的深度比實際深一些 B．遠處水面下景物的光線射到水面處可能發(fā)生了全反射 C．可以利用偏振片“過濾”掉山峰和天空彩虹的倒影 D．遠處對岸山峰和天空彩虹的倒影十分清晰，是由于光的干涉所引起的【解答】解：A、水下石頭反射的光線由水中進入空氣時，在水面上發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進入人眼，人眼會逆著折射光線的方向看去，就會覺得石頭位置變淺了，所以水下的石頭看起來的深度比實際淺一些，故A錯誤；B、遠處水面下景物的光線射到水面處，入射角很大，當入射角大于等于全反射臨界角時能發(fā)生全反射，光線不能射出水面，因而看不見，故B正確；C、水面反射的光為偏振光，可以利用偏振片“過濾”掉山峰和天空彩虹的倒影，故C正確；D、遠處山峰的倒影非常清晰，是因為山峰的光線在水面上發(fā)生了反射，故D錯誤；故選：BC。（2022春?寶應縣校級期中）下列說法不正確的是（）A．戴上特制眼鏡看3D電影有立體感是利用了光的偏振原理 B．雨后公路積水表面漂浮的油膜看起來是彩色的，這是光的折射現(xiàn)象 C．激光全息照相時利用了激光相干性好的特性 D．拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以減弱玻璃的反射光【解答】解：A、戴上特制的眼鏡觀看3D電影產(chǎn)生立體視覺，是利用光的偏振現(xiàn)象，在兩只眼睛中產(chǎn)生的視覺差，故A正確。B、雨后公路積水表面漂浮的油膜看起來是彩色的，這是光的薄膜干涉造成的，