資源簡介

5．光的衍射　
6．光的偏振　激光
[學習目標]　1．了解光的衍射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象，知道激光的特性，知道自然光和偏振光的區(qū)別。2．了解光產(chǎn)生明顯衍射的條件，知道光是一種橫波。3．通過實驗了解光的衍射現(xiàn)象及偏振現(xiàn)象。4．通過生活中實例觀察，引導學生體會物理之美，培養(yǎng)學習興趣。
知識點一　光的衍射
1．定義：光通過很小的狹縫(或圓孔)時，明顯地偏離了________的方向，在屏上應該出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)明條紋或亮斑，應該屬于亮區(qū)的地方也會出現(xiàn)____________的現(xiàn)象。
2．衍射圖樣：衍射時產(chǎn)生的________或光環(huán)。
3．單縫衍射：單色光通過狹縫時，在屏幕上出現(xiàn)____相間的條紋，中央為__條紋，中央條紋最__最亮，其余條紋變__變暗；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)____條紋，中央為__條紋。
4．圓孔衍射：光通過小孔時(孔很小)在屏幕上會出現(xiàn)____相間的圓環(huán)。
5．衍射光柵
(1)結(jié)構(gòu)
由許多____的狹縫等距離排列起來形成的光學儀器。
(2)衍射圖樣特點
與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度____，亮度____。
　“當障礙物較大時，衍射現(xiàn)象就不會發(fā)生”，這種觀點正確嗎？
提示：不正確。
1．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)白光通過盛水的玻璃杯，在適當?shù)慕嵌?，可看到彩色光，是光的衍射現(xiàn)象。 ( )
(2)用兩支圓柱形鉛筆并在一起，形成一個狹縫，使狹縫平行于日光燈，會看到彩色的衍射條紋。 ( )
知識點二　光的偏振
1．自然光和偏振光
(1)自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于____方向上沿____方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。
(2)偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個____的方向振動的光。
2．光的偏振
偏振現(xiàn)象 只有沿偏振片的“ ____方向”振動的光波才能通過偏振片
結(jié)論 偏振現(xiàn)象表明光是一種__波
偏振光的形成 ①自然光通過______后，得到偏振光 ②自然光在介質(zhì)表面反射時，____光和____光都是偏振光
偏振現(xiàn)象的應用 把偏振片裝在照相機鏡頭前
2．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)偏振光沿各個方向振動的光波的強度都相同。 ( )
(2)自然光通過偏振片后成為偏振光。 ( )
(3)除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光都是偏振光。 ( )
(4)如果偏振片的透振方向與偏振光的振動方向垂直，偏振光幾乎不能透過偏振片。 ( )
知識點三　激光
特點 性質(zhì) 應用
相干性 只有頻率____、相位差____、振動方向____的光才是相干光。激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性 光纖通信
平行度 激光的______非常好，在傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度 精確的測距
高亮度 它可以在很小的____和很短的____內(nèi)集中很大的____ 用激光束切割、焊接；醫(yī)學上可以用激光做“光刀”
3．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)激光是自然界普遍存在的一種光。 ( )
(2)激光是一種人工產(chǎn)生的相干光。 ( )
(3)用激光做雙縫干涉實驗這是應用了激光具有高度的相干性的特點。 ( )
(4)激光精確測距是利用了激光的平行度好的特點。 ( )
取3塊不透光的板，在每塊板的中間各開1個圓孔，3塊板所開的圓孔大小不一。先用點光源照射圓孔最大的那塊板，在屏上會出現(xiàn)一個明亮的圓形光斑圖a；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖b；最后用圓孔最小(直徑約為1 mm)的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖c。
(1)圖b中的屏上產(chǎn)生了什么現(xiàn)象？
(2)比較屏上圖b和圖c說明了什么？
考點1　光的衍射
1．產(chǎn)生明顯衍射的條件
障礙物的尺寸跟光的波長相近或比光的波長還要小時能產(chǎn)生明顯的衍射。對同樣的障礙物，波長越長的光，衍射現(xiàn)象越明顯；對某種波長的光，障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯。由于波長越長，衍射性越好，所以觀察到聲波的衍射現(xiàn)象就比觀察到光波的衍射現(xiàn)象容易得多。
2．三種不同的衍射現(xiàn)象及特點
(1)單縫衍射
①現(xiàn)象：如圖所示，點光源S發(fā)出的光經(jīng)過單縫后照射到光屏上，若縫較寬，則光沿直線傳播，傳播到光屏上的AB區(qū)域；若縫足夠窄，則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區(qū)，在AA′、BB′區(qū)出現(xiàn)明暗相間的條紋，即發(fā)生了衍射現(xiàn)象。
②單縫衍射圖樣的四個特點：
a．中央條紋亮而寬；
b．兩側(cè)亮條紋具有對稱性，亮條紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱；
c．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；
d．白光的單縫衍射條紋中央為白色亮條紋，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近白色亮條紋的內(nèi)側(cè)為紫色。
(2)圓孔衍射
甲
①現(xiàn)象：圓孔衍射如圖甲所示，當擋板AB上的圓孔較大時，光屏上出現(xiàn)如圖乙a中所示的情形，光沿直線傳播，無明顯衍射現(xiàn)象發(fā)生；當擋板AB上的圓孔很小時，光屏上出現(xiàn)如圖乙b中所示的衍射圖樣，出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。
a　　　　　 b　　 　　　c
乙
②圓孔衍射圖樣的兩個特點
a．單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)。越向外，亮環(huán)亮度越低。
b．白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環(huán)。
(3)泊松亮斑——障礙物的衍射現(xiàn)象
①現(xiàn)象：各種不同形狀的障礙物也能使光發(fā)生衍射，使影的輪廓模糊不清。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)在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑，如圖乙中c所示。
②障礙物的衍射圖樣的特點
圓形陰影中心有一亮斑，圓形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)。與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別。
【典例1】　對于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　)
A．只有障礙物或孔的尺寸比波長還要大的時候，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象
B．衍射現(xiàn)象是光特有的現(xiàn)象，只有光才會發(fā)生衍射
C．光的衍射現(xiàn)象否定了光沿直線傳播的結(jié)論
D．光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性
思路點撥：通過衍射現(xiàn)象可知光具有波動性。
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　對衍射現(xiàn)象的理解
(1)衍射現(xiàn)象是否明顯方面：入射光波長越大，障礙物、小孔和狹縫的尺寸越小，衍射現(xiàn)象越明顯。
(2)衍射條紋的亮度方面：小孔和狹縫的尺寸越小，衍射條紋的亮度越小。
[跟進訓練]
1．用單色光分別通過小圓盤與小圓孔做衍射實驗時，在光屏上得到衍射圖樣，它們的特點是(　　)
A．用前者做實驗時中央是暗的，用后者做實驗時中央是亮的
B．用前者做實驗時中央是亮的，用后者做實驗時中央是暗的
C．中央均為亮點的同心圓形條紋
D．中央均為暗點的同心圓形條紋
考點2　單縫衍射和雙縫干涉的比較
比較項目 單縫衍射 雙縫干涉
不同點 產(chǎn)生條件 只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生 頻率相同，振動方向相同，相位差恒定的兩列光波相遇疊加
條紋寬度 條紋寬度不等，中央最寬 條紋寬度相等
條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距
亮度 中央條紋最亮，兩邊變暗 條紋清晰，亮度基本相同
相同點 成因 都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的結(jié)果
意義 都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波
【典例2】　如圖所示的四種明暗相間的條紋分別是紅光、黃光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣，以及綠光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。在下面的四幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是(　　)
a　　 　　b　　　 　c　　 　d
A．黃綠紅紫 B．黃紫紅綠
C．紅紫黃綠 D．紅綠黃紫
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[跟進訓練]
2．如圖所示，a、b、c、d四個圖是單色光在不同條件下形成的干涉或衍射圖樣。分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是(　　)
a　　 　b　　　 　c　 　　　d
A．a(chǎn)是光的衍射圖樣　 B．b是光的干涉圖樣
C．c是光的干涉圖樣 D．d是光的衍射圖樣
考點3　光的偏振
1．偏振片和透振方向
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，只有沿著這個特定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．自然光和偏振光的比較
項目 自然光 偏振光
成因 從光源(如太陽、電燈等)直接發(fā)出的光 自然光通過偏振片后就變成了偏振光，反射光、折射光均為偏振光
振動方向 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著各個方向振動 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著某個特定的方向振動
經(jīng)偏振片后現(xiàn)象比較
如上圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉(zhuǎn)動偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化 如上圖所示，偏振光經(jīng)偏振片后，若偏振方向與透振方向平行，屏亮；若垂直，則屏暗；若介于兩者之間，則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗
【典例3】　在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個偏振片P和Q，在Q的后邊放上光屏，如圖所示，則下列說法不正確的是(　　)
A．P是起偏器，作用是把太陽光轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆?br/>B．Q不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度時強時弱
C．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變
D．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時強時弱
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　對偏振光的理解
(1)自然光通過一個偏振片成為偏振光，透射光的偏振方向與偏振片的放置有關，但光的強度與偏振片的方向無關。
(2)偏振光通過偏振片時，透光的強度與偏振方向和透振方向的夾角大小有關。
[跟進訓練]
3．如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點光的強度變化情況是(　　)
A．A、B均不變　　　　　
B．A、B均有變化
C．A不變，B有變化
D．A有變化，B不變
考點4　激光
1．激光的產(chǎn)生
激光是實驗室中制造出的光，發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同，兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉。
2．激光的特點
(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好，相干性好。
(2)激光的平行度好。從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴展到幾十米范圍。
(3)亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量。
【典例4】　關于激光的應用，下列說法正確的是(　　)
A．光纖通信是應用激光平行度非常好的特點對信號進行調(diào)制，使其在光導纖維中傳遞信息的
B．計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應用了激光有相干性的特點
C．醫(yī)學中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應用了激光亮度高的特點
D．“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
[聽課記錄]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[跟進訓練]
4．對于激光的認識，以下說法不正確的是(　　)
A．激光是自然界普遍存在的一種光
B．激光是一種人工產(chǎn)生的相干光
C．激光已經(jīng)深入到我們生活的各個方面
D．激光比普通光的相干性好
1．對衍射現(xiàn)象的定性分析，不正確的是(　　)
A．光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象
B．衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果
C．光的衍射現(xiàn)象為光的波動說提供了有力的證據(jù)
D．光的衍射現(xiàn)象完全否定了光沿直線傳播的結(jié)論
2．準分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產(chǎn)生激光，用于近視眼的治療。關于這個治療，以下說法不正確的是(　　)
A．近視眼是物體在眼球中成像在視網(wǎng)膜的前面，使人不能看清物體
B．激光的方向性好，可以在非常小的面積上對眼睛進行光凝手術(shù)
C．激光治療近視眼手術(shù)是對視網(wǎng)膜進行修復
D．激光治療近視眼手術(shù)是對角膜進行切削
3．如圖所示，P是一偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中照射P時不能在P的另一側(cè)觀察到透射光的是(　　)
A．太陽光
B．沿豎直方向振動的光
C．沿水平方向振動的光
D．沿與豎直方向成45°角的方向振動的光
4．(新情境題，以食品安全檢測為背景，考查光的偏振)奶粉的碳水化合物(糖)含量是一個重要指標，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量，偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或右旋轉(zhuǎn)一個角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關。將α的測量值與標準值相比較，就能確定被測樣品中的含糖量。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間。
問題：(1)當被測樣品P置于A、B之間后到達O處光的強度怎樣變化？
(2)要想使O處光強度最大，偏振片A或B應怎樣轉(zhuǎn)動？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：
1．光發(fā)生明顯衍射的條件是什么？
2．什么是光的偏振現(xiàn)象？
3．激光有哪些特性？
11 / 115．光的衍射　
6．光的偏振　激光
[學習目標]　1．了解光的衍射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象，知道激光的特性，知道自然光和偏振光的區(qū)別。2．了解光產(chǎn)生明顯衍射的條件，知道光是一種橫波。3．通過實驗了解光的衍射現(xiàn)象及偏振現(xiàn)象。4．通過生活中實例觀察，引導學生體會物理之美，培養(yǎng)學習興趣。
知識點一　光的衍射
1．定義：光通過很小的狹縫(或圓孔)時，明顯地偏離了直線傳播的方向，在屏上應該出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)明條紋或亮斑，應該屬于亮區(qū)的地方也會出現(xiàn)暗條紋或暗斑的現(xiàn)象。
2．衍射圖樣：衍射時產(chǎn)生的明暗條紋或光環(huán)。
3．單縫衍射：單色光通過狹縫時，在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央為亮條紋，中央條紋最寬最亮，其余條紋變窄變暗；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白條紋。
4．圓孔衍射：光通過小孔時(孔很小)在屏幕上會出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。
5．衍射光柵
(1)結(jié)構(gòu)
由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學儀器。
(2)衍射圖樣特點
與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。
　“當障礙物較大時，衍射現(xiàn)象就不會發(fā)生”，這種觀點正確嗎？
提示：不正確。
1．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)白光通過盛水的玻璃杯，在適當?shù)慕嵌?，可看到彩色光，是光的衍射現(xiàn)象。 (×)
(2)用兩支圓柱形鉛筆并在一起，形成一個狹縫，使狹縫平行于日光燈，會看到彩色的衍射條紋。 (√)
知識點二　光的偏振
1．自然光和偏振光
(1)自然光：太陽、電燈等普通光源發(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，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。
(2)偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光。
2．光的偏振
偏振現(xiàn)象 只有沿偏振片的“ 透振方向”振動的光波才能通過偏振片
結(jié)論 偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波
偏振光的形成 ①自然光通過偏振片后，得到偏振光 ②自然光在介質(zhì)表面反射時，反射光和折射光都是偏振光
偏振現(xiàn)象的應用 把偏振片裝在照相機鏡頭前
2．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)偏振光沿各個方向振動的光波的強度都相同。 (×)
(2)自然光通過偏振片后成為偏振光。 (√)
(3)除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光都是偏振光。 (√)
(4)如果偏振片的透振方向與偏振光的振動方向垂直，偏振光幾乎不能透過偏振片。 (√)
知識點三　激光
特點 性質(zhì) 應用
相干性 只有頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的光才是相干光。激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性 光纖通信
平行度 激光的平行度非常好，在傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度 精確的測距
高亮度 它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)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”
3．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)激光是自然界普遍存在的一種光。 (×)
(2)激光是一種人工產(chǎn)生的相干光。 (√)
(3)用激光做雙縫干涉實驗這是應用了激光具有高度的相干性的特點。 (√)
(4)激光精確測距是利用了激光的平行度好的特點。 (√)
取3塊不透光的板，在每塊板的中間各開1個圓孔，3塊板所開的圓孔大小不一。先用點光源照射圓孔最大的那塊板，在屏上會出現(xiàn)一個明亮的圓形光斑圖a；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖b；最后用圓孔最小(直徑約為1 mm)的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖c。
(1)圖b中的屏上產(chǎn)生了什么現(xiàn)象？
(2)比較屏上圖b和圖c說明了什么？
提示：(1)衍射。
(2)孔越小，衍射現(xiàn)象越明顯。
考點1　光的衍射
1．產(chǎn)生明顯衍射的條件
障礙物的尺寸跟光的波長相近或比光的波長還要小時能產(chǎn)生明顯的衍射。對同樣的障礙物，波長越長的光，衍射現(xiàn)象越明顯；對某種波長的光，障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯。由于波長越長，衍射性越好，所以觀察到聲波的衍射現(xiàn)象就比觀察到光波的衍射現(xiàn)象容易得多。
2．三種不同的衍射現(xiàn)象及特點
(1)單縫衍射
①現(xiàn)象：如圖所示，點光源S發(fā)出的光經(jīng)過單縫后照射到光屏上，若縫較寬，則光沿直線傳播，傳播到光屏上的AB區(qū)域；若縫足夠窄，則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區(qū)，在AA′、BB′區(qū)出現(xiàn)明暗相間的條紋，即發(fā)生了衍射現(xiàn)象。
②單縫衍射圖樣的四個特點：
a．中央條紋亮而寬；
b．兩側(cè)亮條紋具有對稱性，亮條紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱；
c．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；
d．白光的單縫衍射條紋中央為白色亮條紋，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近白色亮條紋的內(nèi)側(cè)為紫色。
(2)圓孔衍射
甲
①現(xiàn)象：圓孔衍射如圖甲所示，當擋板AB上的圓孔較大時，光屏上出現(xiàn)如圖乙a中所示的情形，光沿直線傳播，無明顯衍射現(xiàn)象發(fā)生；當擋板AB上的圓孔很小時，光屏上出現(xiàn)如圖乙b中所示的衍射圖樣，出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。
a　　　　　 b　　 　　　c
乙
②圓孔衍射圖樣的兩個特點
a．單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)。越向外，亮環(huán)亮度越低。
b．白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環(huán)。
(3)泊松亮斑——障礙物的衍射現(xiàn)象
①現(xiàn)象：各種不同形狀的障礙物也能使光發(fā)生衍射，使影的輪廓模糊不清。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)在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑，如圖乙中c所示。
②障礙物的衍射圖樣的特點
圓形陰影中心有一亮斑，圓形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)。與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別。
【典例1】　對于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　)
A．只有障礙物或孔的尺寸比波長還要大的時候，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象
B．衍射現(xiàn)象是光特有的現(xiàn)象，只有光才會發(fā)生衍射
C．光的衍射現(xiàn)象否定了光沿直線傳播的結(jié)論
D．光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性
思路點撥：通過衍射現(xiàn)象可知光具有波動性。
D　[光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象均說明了光具有波動性，在障礙物的尺寸跟光的波長相近，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象比較明顯，只有在光的波長比障礙物的尺寸小得多的情況下，光才可以看成是沿直線傳播的，所以光的衍射現(xiàn)象和光沿直線傳播是不矛盾的，它們是光在不同條件下產(chǎn)生的兩種現(xiàn)象，衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，故正確的選項是D。]
　對衍射現(xiàn)象的理解
(1)衍射現(xiàn)象是否明顯方面：入射光波長越大，障礙物、小孔和狹縫的尺寸越小，衍射現(xiàn)象越明顯。
(2)衍射條紋的亮度方面：小孔和狹縫的尺寸越小，衍射條紋的亮度越小。
[跟進訓練]
1．用單色光分別通過小圓盤與小圓孔做衍射實驗時，在光屏上得到衍射圖樣，它們的特點是(　　)
A．用前者做實驗時中央是暗的，用后者做實驗時中央是亮的
B．用前者做實驗時中央是亮的，用后者做實驗時中央是暗的
C．中央均為亮點的同心圓形條紋
D．中央均為暗點的同心圓形條紋
C　[前者為障礙物小圓盤的衍射，衍射圖樣陰影中央是一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑，是光繞過盤的邊緣后在中央疊加后形成的，在亮斑的周圍有一個大的陰影區(qū)，在陰影區(qū)的邊沿有明暗相間的圓環(huán)。圓孔衍射形成的圖樣是明暗相間的同心圓環(huán)，中央是明亮的。]
考點2　單縫衍射和雙縫干涉的比較
比較項目 單縫衍射 雙縫干涉
不同點 產(chǎn)生條件 只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生 頻率相同，振動方向相同，相位差恒定的兩列光波相遇疊加
條紋寬度 條紋寬度不等，中央最寬 條紋寬度相等
條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距
亮度 中央條紋最亮，兩邊變暗 條紋清晰，亮度基本相同
相同點 成因 都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的結(jié)果
意義 都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波
【典例2】　如圖所示的四種明暗相間的條紋分別是紅光、黃光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣，以及綠光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。在下面的四幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是(　　)
a　　 　　b　　　 　c　　 　d
A．黃綠紅紫 B．黃紫紅綠
C．紅紫黃綠 D．紅綠黃紫
C　[雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，故a、c兩個是雙縫干涉現(xiàn)象，根據(jù)雙縫干涉條紋間距Δx＝λ可以知道波長λ越大，Δx越大，故a是紅光，c是黃光；單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而波長越大，中央亮條紋越粗，故b、d是單縫衍射圖樣，b為紫光的單縫衍射圖樣，d為綠光單縫衍射圖樣；故從左向右依次是紅光(雙縫干涉)、紫光(單縫衍射)、黃光(雙縫干涉)和綠光(單縫衍射)。]
[跟進訓練]
2．如圖所示，a、b、c、d四個圖是單色光在不同條件下形成的干涉或衍射圖樣。分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是(　　)
a　　 　b　　　 　c　 　　　d
A．a(chǎn)是光的衍射圖樣　 B．b是光的干涉圖樣
C．c是光的干涉圖樣 D．d是光的衍射圖樣
D　[a是光的雙縫干涉圖樣，條紋間距相等，A錯誤；b是光的單縫衍射圖樣，中央亮條紋最寬，向外條紋變窄，間距變小，B錯誤；c是圓孔衍射圖樣，C錯誤；d是泊松亮斑(光照射在小圓盤上卻出現(xiàn)中央亮斑)，是光的衍射圖樣，D正確。]
考點3　光的偏振
1．偏振片和透振方向
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，只有沿著這個特定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．自然光和偏振光的比較
項目 自然光 偏振光
成因 從光源(如太陽、電燈等)直接發(fā)出的光 自然光通過偏振片后就變成了偏振光，反射光、折射光均為偏振光
振動方向 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著各個方向振動 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著某個特定的方向振動
經(jīng)偏振片后現(xiàn)象比較
如上圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉(zhuǎn)動偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化 如上圖所示，偏振光經(jīng)偏振片后，若偏振方向與透振方向平行，屏亮；若垂直，則屏暗；若介于兩者之間，則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗
【典例3】　在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個偏振片P和Q，在Q的后邊放上光屏，如圖所示，則下列說法不正確的是(　　)
A．P是起偏器，作用是把太陽光轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆?br/>B．Q不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度時強時弱
C．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變
D．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時強時弱
C　[P是起偏器，它的作用是把太陽光(自然光)轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆?，該偏振光的振動方向與P的透振方向一致，所以當Q與P的透振方向平行時，通過Q的光強最大；當Q與P的透振方向垂直時，通過Q的光強最小，即無論旋轉(zhuǎn)P或Q，屏上的光強都是時強時弱，故A、B、D正確，C錯誤。故選C。
　對偏振光的理解
(1)自然光通過一個偏振片成為偏振光，透射光的偏振方向與偏振片的放置有關，但光的強度與偏振片的方向無關。
(2)偏振光通過偏振片時，透光的強度與偏振方向和透振方向的夾角大小有關。
[跟進訓練]
3．如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點光的強度變化情況是(　　)
A．A、B均不變　　　　　
B．A、B均有變化
C．A不變，B有變化
D．A有變化，B不變
C　[白熾燈光是自然光，包含各個方向的光，且各個方向的光強度相等，所以旋轉(zhuǎn)偏振片P時各方向透射光強度相同，故A點光的強度不變；白熾燈光經(jīng)偏振片P后為偏振光，此時只有偏振片Q與P的透振方向一致時偏振光才能完全透過Q，因此在旋轉(zhuǎn)P時B點的光強有變化，選項C正確。]
考點4　激光
1．激光的產(chǎn)生
激光是實驗室中制造出的光，發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同，兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉。
2．激光的特點
(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好，相干性好。
(2)激光的平行度好。從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴展到幾十米范圍。
(3)亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量。
【典例4】　關于激光的應用，下列說法正確的是(　　)
A．光纖通信是應用激光平行度非常好的特點對信號進行調(diào)制，使其在光導纖維中傳遞信息的
B．計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應用了激光有相干性的特點
C．醫(yī)學中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應用了激光亮度高的特點
D．“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
C　[由激光的特點及應用可知光纖通信主要利用了激光具有高度的相干性的特點，A錯誤；計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應用了激光的平行度好的特點，B錯誤；醫(yī)療中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特點，C正確；激光測距利用的是激光的平行度好的特點，D錯誤。]
[跟進訓練]
4．對于激光的認識，以下說法不正確的是(　　)
A．激光是自然界普遍存在的一種光
B．激光是一種人工產(chǎn)生的相干光
C．激光已經(jīng)深入到我們生活的各個方面
D．激光比普通光的相干性好
A　[激光是自然界中沒有的一種光，它是人工產(chǎn)生的相干光，在生活中已得到廣泛應用，故B、C、D選項正確，A錯誤。]
1．對衍射現(xiàn)象的定性分析，不正確的是(　　)
A．光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象
B．衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果
C．光的衍射現(xiàn)象為光的波動說提供了有力的證據(jù)
D．光的衍射現(xiàn)象完全否定了光沿直線傳播的結(jié)論
D　[衍射現(xiàn)象是波繞過障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象，衍射條紋是波疊加的結(jié)果，干涉、衍射是一切波所具有的特性，所以選項A、B、C正確；光沿直線傳播只是近似的，在光的波長比障礙物尺寸小得多的情況下，可以認為光是沿直線傳播的，所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的，選項D錯誤。]
2．準分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產(chǎn)生激光，用于近視眼的治療。關于這個治療，以下說法不正確的是(　　)
A．近視眼是物體在眼球中成像在視網(wǎng)膜的前面，使人不能看清物體
B．激光的方向性好，可以在非常小的面積上對眼睛進行光凝手術(shù)
C．激光治療近視眼手術(shù)是對視網(wǎng)膜進行修復
D．激光治療近視眼手術(shù)是對角膜進行切削
C　[利用激光的方向性好對眼睛進行光凝手術(shù)是物理技術(shù)應用于臨床醫(yī)學的最新成果。人的眼睛是一個光學成像系統(tǒng)，角膜和晶狀體相當于一個凸透鏡，物體通過凸透鏡成像在視網(wǎng)膜上，人就能看清楚物體。當角膜和晶狀體組成的這個凸透鏡的焦距比較小，物體成像在視網(wǎng)膜的前面時，人就不能看清楚物體，這就是近視眼。激光手術(shù)不是修復視網(wǎng)膜，而是對角膜進行切削，改變角膜的形狀，使眼球中的“凸透鏡”的焦距適當變大，物體經(jīng)過角膜和晶狀體后成像在視網(wǎng)膜上。故選項C符合題意。]
3．如圖所示，P是一偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中照射P時不能在P的另一側(cè)觀察到透射光的是(　　)
A．太陽光
B．沿豎直方向振動的光
C．沿水平方向振動的光
D．沿與豎直方向成45°角的方向振動的光
C　[偏振片只讓沿某一方向振動的光順利通過，當偏振片的透振方向與光的振動方向的夾角不為90°時，有光透過偏振片，但透射光的強度變?nèi)?。太陽光是自然光，光波可沿任何方向振動，所以在P的另一側(cè)能觀察到透射光；沿豎直方向振動的光，振動方向與偏振片的透振方向相同，當然也可看到透射光；沿水平方向振動的光，其振動方向與偏振片的透振方向垂直，所以看不到透射光；沿與豎直方向成45°角的方向振動的光，其振動方向與透振方向不垂直，仍可看到透射光。故選C。]
4．(新情境題，以食品安全檢測為背景，考查光的偏振)奶粉的碳水化合物(糖)含量是一個重要指標，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量，偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或右旋轉(zhuǎn)一個角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關。將α的測量值與標準值相比較，就能確定被測樣品中的含糖量。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間。
問題：(1)當被測樣品P置于A、B之間后到達O處光的強度怎樣變化？
(2)要想使O處光強度最大，偏振片A或B應怎樣轉(zhuǎn)動？
[解析]　(1)自然光通過偏振片后得到垂直于光的傳播方向與偏振片的透振方向平行的偏振光，該偏振光經(jīng)被測樣品后，其偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，即相對于光的傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α，到達B的光的偏振方向與B的透振方向不完全一致，故O處光的強度會明顯減弱。
(2)將A或B轉(zhuǎn)動一個最小角度α，使到達B的光的偏振方向與B的透振方向一致，此時O處光強最大。
[答案]　見解析
回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：
1．光發(fā)生明顯衍射的條件是什么？
提示：障礙物或孔的尺寸與波長相差不多，甚至比波長還小。
2．什么是光的偏振現(xiàn)象？
提示：只有沿偏振片的“透振”方向振動的光才能透過偏振片的現(xiàn)象。
3．激光有哪些特性？
提示：相干性好，平行度好，亮度高。
課時分層作業(yè)(十八)　光的衍射　光的偏振　激光
?題組一　光的衍射
1．如圖所示的四個圖樣中哪個是著名的泊松亮斑(　　)
A　　　　　　　　 B
C　　　　　　　　 D
B　[泊松亮斑為光繞過不透光的圓盤而在圓盤陰影中心形成的一個亮斑，其圖樣周圍還有明暗相間的圓環(huán)，故選項B正確。題圖A小孔較大，沒發(fā)生明顯的衍射。題圖D小孔較小，發(fā)生了小孔衍射。題圖C為干涉條紋。]
2．抽制細絲時可用激光監(jiān)控其粗細，激光束越過細絲時產(chǎn)生條紋的規(guī)律和激光束通過遮光板的同樣寬度的窄縫時產(chǎn)生條紋的規(guī)律相同，則下列說法正確的是(　　)
A．這是利用光的干涉現(xiàn)象
B．這是利用光的反射現(xiàn)象
C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗了
D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細了
D　[由于是激光束越過細絲，也就是通過障礙物，所以這是利用光的衍射現(xiàn)象，A、B錯誤；當細絲較細時，細絲的直徑比較接近激光的波長，衍射現(xiàn)象會較明顯，條紋寬度會更寬一些，C錯誤，D正確。]
3．觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2 mm逐漸增大到 0.8 mm，看到的現(xiàn)象是(　　)
A．衍射條紋的間距逐漸變小，衍射現(xiàn)象逐漸不明顯
B．衍射條紋的間距逐漸變大，衍射現(xiàn)象越來越明顯
C．衍射條紋的間距不變，只是亮度增強
D．以上現(xiàn)象都不會發(fā)生
A　[由單縫衍射實驗的調(diào)整與觀察可知，狹縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋越寬，條紋間距也越大，本題是將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反的方向變化，故選項A正確，B、C、D錯誤。]
4．在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，光盤是存儲信息的一種重要媒介。光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的。假設一束復合激光束不是垂直投射到盤面上，則光在通過透明介質(zhì)層時會發(fā)生偏折而改變行進的方向，如圖所示。下列說法正確的是(　　)
光盤截面示意圖
A．圖中光束①是紅光，光束②是藍光
B．在光盤的透明介質(zhì)層中，光束①比光束②傳播速度大
C．若光束①②先后通過同一單縫衍射裝置，則光束①的中央亮紋比光束②的窄
D．若光束①②先后通過同一雙縫干涉裝置，則光束①的條紋寬度比光束②的寬
C　[光的偏折程度越大，其折射率越大，因為藍光的折射率大于紅光的折射率，所以①是藍光，②是紅光，故選項A錯誤；根據(jù)v＝知，光束①的折射率大，在介質(zhì)中的傳播速度小，則光束①比光束②傳播速度小，故選項B錯誤；②的折射率較小，頻率較小，波長較長，波動性較強，所以②的衍射和干涉條紋較寬，故選項C正確，選項D錯誤。]
?題組二　光的偏振
5．如圖所示，讓太陽光(自然光)通過M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上，P的右側(cè)再放一光屏Q，現(xiàn)使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉(zhuǎn)動一周，則關于光屏Q上的亮度變化情況，下列判斷中正確的是(　　)
A．只有當偏振片轉(zhuǎn)到某一適當位置時光屏被照亮，其他位置時光屏上無亮光
B．光屏上亮度基本不變
C．光屏上亮、暗交替變化出現(xiàn)
D．光屏上只有一條亮線隨偏振片的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動
B　[太陽光是自然光，在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光的振動沿任意方向，且各個方向上的光振動強度相同，所以旋轉(zhuǎn)偏振片只能改變光振動的方向，不能改變光的強度。]
6．夜晚，汽車前燈發(fā)出的強光將迎面駛來的汽車的司機照射得睜不開眼睛，影響行車安全，若將汽車前燈玻璃和汽車前窗玻璃都改用偏振玻璃，使雙方司機都看不見對方耀眼的燈光，但能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體，則所有的汽車前窗玻璃、前燈玻璃的透振方向應該是(　　)
A．前窗玻璃的透振方向是豎直的，前燈玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是豎直的，前燈玻璃的透振方向也是豎直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，前燈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燈玻璃的透振方向都是斜向右上45°
D　[如果每輛汽車的前燈玻璃和司機座位前面的玻璃都改為偏振玻璃，并使它們的透振方向都跟水平方向成45°，就可以解決這個問題。這時，從對面車燈射來的偏振光，由于振動方向跟司機座位前玻璃上的透振方向垂直，所以不會射進司機眼里；而從自己車燈射出去的偏振光，由于振動方向跟自己車窗玻璃上的透振方向相同，所以司機仍能看清自己車燈照亮的路面和物體。]
7．如圖所示，讓自然光照射到P、Q兩偏振片上，當P、Q兩偏振片的透振方向夾角為以下哪些度數(shù)時，透射光的強度最弱(　　)
A．0° B．30°
C．60° D．90°
D　[兩偏振片透振方向相同時透過的偏振光最強，兩偏振片透振方向垂直時幾乎沒有偏振光透過。]
?題組三　激光
8．納米科技是跨世紀新科技，使激光束的寬度在納米級范圍內(nèi)，可恢復人體已損壞的器官，對DNA分子進行超微型基因修復，這主要是利用激光的(　　)
A．單色性 B．方向性
C．高能量 D．偏振性
C　[激光能把巨大能量高度集中地輻射出來，所以在醫(yī)學上做“光刀”切開皮膚、切除腫瘤或做其他外科手術(shù)。]
9．激光被譽為“神奇的光”，關于激光的應用，下列說法中不正確的是(　　)
A．激光用來控制核聚變，是因為它的方向性好，光源的能量能集中在很小一點上，可以在空間某個小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生極高的溫度
B．由于激光是相干光，所以它能像無線電波那樣被調(diào)制，用來傳遞信息
C．用激光攔截導彈，摧毀衛(wèi)星，是因為激光方向性好、能量高
D．能利用激光測量地面到月球表面的距離，是因為激光通過地球大氣不會發(fā)生折射
D　[激光用來控制核聚變，是因為它的方向性好，光源的能量能集中在很小一點上，可以在空間某個小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生極高的溫度，故A正確；由于激光是相干光，所以它能像無線電波那樣被調(diào)制，用來傳遞信息，故B正確；用激光攔截導彈，摧毀衛(wèi)星，是因為激光方向性好、能量高，故C正確；能利用激光測量地面到月球表面的距離，是因為激光平行度好、方向性好，故D錯誤，故選D。]
10．關于下列四幅圖中所涉及物理知識的論述中，正確的是(　　)
甲　　　　　　　　 乙
丙　　　　　　　　　丁
A．甲圖是光的干涉圖樣
B．乙圖是光的衍射圖樣
C．丙圖是利用光的折射原理
D．丁圖是光導纖維利用光的全反射原理，其內(nèi)芯折射率小于外套的折射率
C　[題圖甲是光的衍射圖樣，題圖乙是光的干涉圖樣，故A、B錯誤；題圖丙是光的折射原理，C正確；題圖丁中光導纖維的內(nèi)芯折射率大于外套的折射率，D錯誤。]
11．(人教版P109演示設問變式)如圖所示，光源S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，卻看不到光亮，則(　　)
A．a(chǎn)為偏振光
B．b為偏振光
C．以SP為軸將A轉(zhuǎn)過45°，在P處不能看到光亮
D．將B沿SP向A平移至某位置時，在P處可以看到光亮
B　[S發(fā)出的光屬于自然光，故A錯誤；自然光通過A偏振片后，即變?yōu)槠窆猓詁光為偏振光，故B正確；由于開始時人眼在P處迎著入射光方向看不到光亮，說明A、B透振方向垂直，以SP為軸將A轉(zhuǎn)過45°，則透過A的偏振光的振動方向?qū)⒋嬖谄叫杏贐透振方向的分量，此時將有部分光可以透過B，在P處可以看到光亮，故C錯誤；無論將B沿SP向A平移至何位置，透過A的偏振光的振動方向始終與B的透振方向垂直，在P處始終看不到光亮，故D錯誤。]
12．某同學利用如圖甲所示的裝置研究光的干涉和衍射，光電傳感器可用來測量光屏上光強的分布，某次實驗時，在電腦屏幕上得到如圖乙所示的光強分布，這位同學在縫屏上安裝的是__________(選填“單縫”或“雙縫”)，當做干涉現(xiàn)象研究時，若要使干涉條紋的間距變大，可選用寬度較________(選填“寬”或“窄”)的雙縫，或使縫屏與光屏間的距離________(選填“增大”或“減小”)。
甲　　　　　　　　　　乙
[解析]　由題圖乙可知，條紋中間亮、兩邊較暗，是衍射條紋，所以在縫屏上安裝的是單縫；根據(jù)Δx＝λ知，要使干涉條紋間距變大，可使雙縫的寬度減小，即選擇寬度較窄的雙縫，或使雙縫與光屏間的距離增大。
[答案]　單縫　窄　增大
13．如圖所示，在楊氏雙縫實驗中，下述情況能否看到干涉條紋？簡單說明理由。
(1)在單色自然光源S后加一偏振片P；
(2)在(1)的情況下，再加偏振片P1、P2，并使P1與P2的透振方向相互垂直。
[答案]　(1)能。到達S1、S2的光是從同一偏振光分解出來的，它們滿足相干條件，能看到干涉條紋，只是強度由于偏振片的吸收作用而減小。
(2)不能。由于從P1、P2射出的光的振動方向相互垂直，不滿足振動方向相同的干涉條件，故光屏E被均勻照亮，但無干涉現(xiàn)象。
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