資源簡介

5．光的衍射
6．光的偏振　激光
[學習目標]　1．了解光的衍射現象、偏振現象，知道激光的特性。2．知道自然光和偏振光的區別。3．借助實例分析推理知道光是橫波。4．通過觀察得出光明顯衍射的條件。5．經歷光的偏振實驗的過程，體會偏振光的特性。6．通過生活中實例的觀察，引導學生體會物理之美，培養學習興趣。
[教用·問題初探]——通過讓學生回答問題來了解預習教材的情況
問題1　光發生明顯衍射的條件是什么？
問題2　光的偏振說明光是橫波還是縱波？
問題3　激光的特點是什么？
　光的衍射與衍射光柵
1．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。這就是光的衍射現象。
(2)各種不同形狀的障礙物都能使光發生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現明暗相間的條紋。
(3)發生明顯衍射現象的條件：在障礙物或狹縫的尺寸跟光的波長相當，甚至比光的波長還小的時候，衍射現象十分明顯。
提醒：一般情況下，障礙物的尺寸比光的波長大得多，衍射現象不明顯，故可近似認為光沿直線傳播。
2．衍射光柵
(1)結構
由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學元件。
(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。
【思考討論】　取三塊不透光的板，在每塊板的中間各開一個圓孔，三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，在屏上會出現圖(a)所示光斑；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現圖(b)所示光斑；最后用圓孔最小(直徑約為1 mm)的那塊板，在屏上會出現圖(c)所示光斑。
問題1　圖(b)中的屏上產生了什么現象？
提示：衍射。
問題2　比較屏上圖(b)和圖(c)說明了什么？
提示：孔越小，衍射現象越明顯。
【知識歸納】　
1．產生明顯衍射的條件
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生明顯的衍射現象。對同樣的障礙物，波長越長的光，衍射現象越明顯；對某種波長的光，障礙物尺寸越小，衍射現象越明顯。由于波長越長，衍射性越好，所以觀察到聲波的衍射現象就比觀察到光波的衍射現象容易得多。
2．三種不同的衍射現象及特點
(1)單縫衍射
①現象：如圖所示，點光源S發出的光經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區域；若縫足夠窄，則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區，在AA′、BB′區域出現明暗相間的條紋，即發生了明顯的衍射現象。
②單縫衍射圖樣的四個特點
a．中央條紋亮而寬。
b．兩側亮條紋具有對稱性，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，兩側為彩色條紋，且外側呈紅色，靠近白色亮條紋的內側為紫色。
(2)圓孔衍射
①現象：圓孔衍射如圖甲所示，當擋板AB上的圓孔較大時，光屏上出現如圖乙(a)中所示的情形，光沿直線傳播，無明顯衍射現象發生；當擋板AB上的圓孔很小時，光屏上出現如圖乙(b)中所示的衍射圖樣，出現亮、暗相間的圓環。
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。越向外，圓環亮度越低。
b．白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環。
(3)泊松亮斑——障礙物的衍射現象
①現象：各種不同形狀的障礙物也能使光發生衍射，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，會發現在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑，如圖乙(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。與小孔衍射圖樣有明顯區別。
【典例1】　(衍射現象)在觀察光的衍射現象的實驗中，通過緊靠眼睛的卡尺測腳形成的狹縫，觀看遠處的線狀白熾燈絲(燈管或燈絲都要平行于狹縫)，可以看到(　　)
A．黑白相間的直條紋
B．黑白相間的弧形條紋
C．彩色的直條紋
D．彩色弧形條紋
C　[白熾燈發出的是復色光，可以看到間距不同的、彩色的衍射條紋，由題意知燈管平行于狹縫，所以條紋與狹縫平行，為彩色的直條紋，故C正確，A、B、D錯誤。]
【典例2】　(雙縫干涉與單縫衍射圖樣的區分)(多選)如圖(a)所示是做雙縫干涉實驗的示意圖。先做操作1：用兩塊不同顏色的濾光片分別擋住雙縫屏上下兩半部分Ⅰ和Ⅱ；接著再做操作2：用不透明的擋板擋住b縫。若兩塊濾光片一塊是紅色，一塊是藍色，則(　　)
A．完成操作1后，光屏上出現的是圖 (b)圖案，且甲是紅色條紋，乙是藍色條紋
B．完成操作1后，光屏上出現的是圖 (c)圖案，且丙是藍色條紋，丁是紅色條紋
C．完成操作2后，光屏上出現的是圖 (b)圖案，且甲是藍色條紋，乙是紅色條紋
D．完成操作2后，光屏上出現的是圖 (c)圖案，且丙是紅色條紋，丁是藍色條紋
AD　[題圖(b)中的條紋為等間距且明暗相間條紋，是干涉圖樣；題圖(c)中的條紋為中間最寬且不等間距明暗相間條紋，是衍射條紋。操作1是雙縫干涉實驗，故條紋間距相等，光屏上出現題圖(b)圖案，由題圖(b)知甲的波長大于乙的波長，故甲為紅色條紋，乙是藍色條紋；操作2是單縫衍射，條紋間距不相等，光屏上出現題圖(c)圖案，再結合波長關系可知丙是紅色條紋，丁是藍色條紋，故A、D正確，B、C錯誤。]
　區分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法
(1)根據條紋的寬度區分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的；而單縫衍射的條紋中央亮條紋最寬，兩側的亮條紋逐漸變窄。
(2)根據亮條紋的亮度區分：雙縫干涉條紋從中央亮紋往兩側亮度變化很小；而單縫衍射條紋的中央亮紋最亮，兩側的亮紋逐漸變暗。
　光的偏振
【鏈接教材】　人教版P108圖4.6-1、圖4.6-2所示：結合繩波和彈簧波的特點，分析這兩種波能否通過狹縫？
提示：當繩波振動方向與狹縫方向一致時，繩上的橫波能穿過狹縫，當繩波振動方向與狹縫方向不一致時，繩上的橫波不能穿過狹縫；在彈簧上傳播的縱波，無論狹縫的取向如何，波都能穿過。
【知識梳理】　
1．偏振
(1)不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向也可能不同的現象。稱為“偏振現象”。
(2)橫波的振動方向稱為“偏振方向”。
(3)偏振現象是橫波的特有現象，縱波沒有“偏振現象”。
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，沿著這個方向振動的光波能順利通過偏振片，偏振方向與這個方向垂直的光不能通過，這個方向叫作透振方向。
(2)自然光：由太陽、電燈等普通光源發出的光，它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。
(3)偏振光：自然光垂直透過某一偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，沿著某一特定方向振動的光叫作偏振光。
提醒：(1)通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，偏振片不改變光的頻率和顏色。
(2)偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實的狹縫。
3．偏振現象的應用
攝影中應用偏振光：為了消除反射光的影響，在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，轉動濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光的影響。
【思考討論】　如圖所示，一束自然光通過偏振片(偏振片上用箭頭表示其透振方向)照射到光屏上。
問題　上面各圖中光屏亮暗情況如何？
提示：自然光通過偏振片后成為偏振光，當偏振光的振動方向與偏振片的透振方向垂直時不能夠通過，故甲、乙、丁中光屏是亮的，丙中光屏是暗的。
【知識歸納】　
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，只有沿著某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
自然光 偏振光
成因 從光源(如太陽、電燈等)直接發出的光 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，沿著各個方向振動 在垂直于傳播方向的平面內，只有一個振動方向
經偏振片后現象比較
經偏振片后現象比較 如圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉動偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化 如圖所示，偏振光經偏振片后，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】　(光的偏振原理)如圖所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此時在光屏C上透射光的強度最大，則(　　)
A．光的偏振現象說明光是縱波
B．自然光垂直于OO′方向振動的光波的強度不相同
C．只將A繞OO′軸旋轉30°時，屏上透射光的強度不為零
D．只將B繞OO′軸旋轉180°時，屏上透射光的強度幾乎為零
C　[光的偏振現象說明光是橫波，A錯誤；自然光沿各個方向振動的光波的強度都相同，B錯誤；開始時自然光通過兩偏振片后在光屏C上透射光的強度最大，說明兩偏振片的偏振方向是平行的，只將A繞OO′軸旋轉30°時，兩偏振片的偏振方向不垂直，屏上透射光的強度不為零，C正確；只將B繞OO′軸旋轉180°時，兩偏振片的偏振方向仍平行，透射光的強度最大，D錯誤。]
　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透振方向無關。
(2)偏振光通過偏振片時，透射光的強度與偏振方向和透振方向的夾角大小有關。
【典例4】　(2024·江蘇卷)用立體影院的特殊眼鏡去觀看手機液晶屏幕，左鏡片明亮，右鏡片暗，現在將手機屏幕旋轉90度，會觀察到(　　)
A．兩鏡片都變亮
B．兩鏡片都變暗
C．兩鏡片沒有任何變化
D．左鏡片變暗，右鏡片變亮
D　[立體眼鏡的左、右兩鏡片為透振方向相互垂直的偏振片，開始時左鏡片明亮、右鏡片暗，則手機液
晶屏幕發出的光的振動方向與左鏡片的透振方向一致，手機屏幕旋轉90°，其屏幕發出的光的振動方向與右鏡片的透振方向一致，則左鏡片變暗，右鏡片變亮，D正確。]
　激光的特點與應用
1．激光：激光是原子受激輻射產生的光，發出的光的頻率相同、相位差恒定、振動方向一致。
2．激光的特點
(1)高度的相干性：激光是人工產生的相干光，其單色性好、相干性好。激光的頻率單一、顏色純凈，用激光做衍射、干涉實驗效果很好。
(2)平行度好：從激光器發出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光的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集中很大的能量。
激光的特點及應用
特點 性質 應用
相干性 激光具有頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的特點，是人工產生的相干光，具有高度的相干性 光纖通信
平行度 激光的平行度非常好，傳播很遠的距離仍能保持一定的強度 進行精確的測距；讀取光盤上記錄的信息等
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；醫學上可以用激光做“光刀”；激發核反應等
【典例5】　(激光的特點和應用)(多選)激光的誕生是一件大事，它使人類獲得了極其理想的、自然界中不存在的光源。下列關于激光的特性及其應用，說法正確的是(　　)
A．醫學上用激光“焊接”剝落的視網膜，是利用激光的相干性
B．實驗室里用激光更容易完成雙縫干涉實驗和衍射實驗，是利用激光的相干性
C．激光能夠比較精確地測量地球到月球的距離，是利用激光的平行度好的特點
D．激光束很容易在堅硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高的特點
BCD　[醫學上用激光“焊接”剝落的視網膜，是利用激光的亮度高、強度大、能量集中的特點，A錯誤；實驗室里用激光更容易完成雙縫干涉實驗和衍射實驗，是利用激光頻率單一、相干性好的特點，B正確；激光能夠比較精確地測量地球到月球的距離，是利用激光的平行度好的特點，C正確；激光束很容易在堅硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高、強度大、能量集中的特點，D正確。]
【教用·備選例題】　(多選)以下說法正確的是(　　)
A．激光是一種人工產生的相干光，具有高度的相干性
B．由于激光的方向性好，所以激光不能發生衍射現象
C．光纖通信是激光和光導纖維相結合的產物
D．普通攝像技術所記錄的只是光波的強弱信息，而全息攝像技術還可以記錄光波的相位信息
ACD　[激光也可以發生衍射現象，故B錯誤，選ACD。]
1．2023年諾貝爾物理學獎頒發給“為研究物質中的電子動力學，而產生阿秒激光的實驗方法”方面所做出貢獻的三位科學家。關于激光的應用，下列說法正確的是(　　)
A．全息照片拍攝是利用了激光的全反射原理
B．利用激光是相干光，可以用在雷達上進行精確的測距
C．由于激光平行度好，它能像無線電波那樣被調制，用來傳遞信息
D．利用激光亮度高，可以用在醫學上做光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網膜
D　[全息照片拍攝是利用了激光的頻率單一，相干性好的特點，能夠產生明顯的干涉現象，故A錯誤；利用激光平行度好的特點，可以用在雷達上進行精確的測距，故B錯誤；利用激光相干性好的特點，它能像無線電波那樣被調制，用來傳遞信息，故C錯誤；利用激光的光強度大、能量集中的特點，可以用在醫學上做光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網膜，故D正確。]
2．在光的單縫衍射實驗中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣。下圖中屬于光的單縫衍射圖樣的是(　　)
A．(a)(c) 　 B．(b)(c)
C．(a)(d) 　 D．(b)(d)
D　[題圖(a)中是等間距的光的干涉圖樣，題圖(b)是單色光的單縫衍射圖樣，題圖(c)是水波的衍射圖樣，題圖(d)是白光的單縫衍射圖樣，D正確。]
3．用如圖所示裝置研究偏振現象，P1、P2是兩塊完全相同的圓形偏振片，A、B為觀測點，A、B和兩塊偏振片的中心共線，且偏振片與AB連線垂直，兩偏振片可繞AB連線轉動，下列說法正確的是(　　)
A．固定P1，轉動P2，則A、B處光強均發生變化
B．固定P2，轉動P1，則A、B處光強均不發生變化
C．同時轉動P1和P2，A處光強不變，B處光強可能變化
D．同時轉動P1和P2，A、B處光強均發生變化
C　[自然光沿著各個方向振動的光波強度均相同，故無論是否轉動P1和P2，A處光強均不變，故A、D錯誤；若轉動P1，固定P2，當兩偏振片的狹縫平行時，B處光強最大，當兩偏振片的狹縫垂直時，B處光強最小，故B處光強可能變化，故B錯誤；同時轉動P1和P2，由B項分析可知，B處光強可能變化，故C正確。]
回歸本節知識，完成以下問題：
1．光發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象？
提示：不同的橫波即使傳播方向相同，振動方向也可能不同的現象。
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。
課時分層作業(十九)　光的衍射　光的偏振　激光
?題組一　光的衍射
1．關于光現象及其應用，下列說法正確的有(　　)
A．利用光的偏振現象可以檢查平面的平整度
B．光導纖維利用全反射的原理，其內芯的折射率小于外套的折射率
C．光經過大頭針尖兒時，大頭針尖兒邊緣輪廓會模糊不清，這是光的衍射現象
D．拍攝玻璃櫥窗中的物品時，為消除玻璃表面反射光的干擾，需要在照相機鏡頭前加裝偏振片，該裝置利用的是薄膜干涉原理
C　[檢查平面的平整度是利用光的干涉原理，故A錯誤；光導纖維是利用了光的全反射原理，其內芯的折射率大于外套的折射率，故B錯誤；光經過大頭針尖兒時，大頭針尖兒邊緣輪廓會模糊不清，這是光的衍射現象，故C正確；反射光是偏振光，拍攝玻璃櫥窗中的物品時，為消除玻璃表面反射光的干擾，需要在照相機鏡頭加裝偏振片，該裝置利用的是光的偏振原理，故D錯誤。]
2．(多選)抽制高強度纖維細絲時可用激光監控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫時產生的條紋規律相同。觀察光束經過細絲后在光屏上所產生的條紋即可判斷細絲粗細的變化，下列敘述正確的是(　　)
A．該裝置應用的是光的衍射現象
B．該裝置應用的是光的干涉現象
C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗
D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細
AD　[激光束越過細絲，即繞過障礙物，所以該裝置應用的是光的衍射現象，當抽制的絲變細時，衍射現象變明顯，條紋變寬，A、D正確，B、C錯誤。 ]
3．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)。四幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是(　　)
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兩個是雙縫干涉現象，根據雙縫干涉條紋間距Δx＝λ，可知波長λ越大，Δx越大，故a是紅光，c是黃光；單縫衍射條紋的特點是中間明亮且寬大，越向兩側寬度越小亮度越暗，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為綠光的單縫衍射圖樣。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)，C項正確。]
4．關于光的干涉、光的衍射、光的偏振實驗，下列描述錯誤的是(　　)
A．甲圖為單縫衍射圖樣，乙圖為雙縫干涉圖樣
B．改用波長較長的入射光實驗，甲圖中條紋間距變大
C．色彩斑斕的肥皂泡和五顏六色的油膜的形成原理與丙圖相同
D．用照相機拍攝水下景物時，使用偏振鏡可以減少水面反射光的干擾應用了丁圖的原理
A　[雙縫干涉圖樣的相鄰亮或暗條紋的間距不變，故題圖甲為雙縫干涉圖樣，故A錯誤；根據條紋間距公式Δx＝λ可知，當改用波長較長的入射光實驗時，題圖甲中條紋間距變大，故B正確；題圖丙是光的干涉現象，色彩斑斕的肥皂泡和五顏六色的油膜的形成原理也是干涉現象，故C正確；題圖丁是光的偏振原理，用照相機拍攝水下景物時，使用偏振鏡可以減少水面反射光的干擾，也應用了光的偏振原理，故D正確。]
?題組二　光的偏振
5．下列關于光現象說法正確的是(　　)
A．在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝月亮時可減弱反射光，使景象更清晰
B．偏振是縱波特有的現象，光導纖維傳遞信號利用了光的偏振原理
C．十字路口交通信號燈三種色光中，紅光波長最短，最不易發生明顯衍射
D．自然界中某些天然物體也可以發出激光，激光不能發生衍射現象
A　[在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝月亮時可減弱反射光，從而使景象更清晰，A正確；偏振現象是橫波特有的現象，縱波無偏振現象，光導纖維是根據光的全反射原理制成的，B錯誤；交通信號燈采用的紅黃綠三種色光中，紅光波長最長，最容易發生明顯衍射，C錯誤；激光是用人工方法激發的一種特殊的光，激光是一種電磁波，只要是電磁波就能發生衍射現象，D錯誤。]
6．夜晚，汽車前燈發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前窗玻璃都改為偏振玻璃，并使它們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，由于振動方向跟自己前窗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前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。故選D。]
7．鑒別奶粉的質量時，奶粉中碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標，用“旋光法”可以測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉一個角度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，就能確定被測樣品的含糖量了。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉動B使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法不正確的是(　　)
A．到達O處光的強度會明顯減弱
B．將偏振片B轉動一個角度，使得O處光強最大，偏振片B轉過的角度等于α或(180°－α)
C．將偏振片A轉動一個角度，使得O處光強最大，偏振片A轉過的角度等于α或(180°－α)
D．偏振光不能產生干涉和衍射現象
D　[A、B間未放待檢糖溶液時，轉動B使到達O處的光最強，則偏振片A、B的透振方向一致。若在A、B之間放上待檢糖溶液，因糖溶液對偏振光有旋光效應，使偏振光的偏振方向發生改變，則到達O處的光強度會明顯減弱，故A正確；若適當旋轉A或B，可以使自然光通過偏振片A、糖溶液和偏振片B后到達O處的光強最大，則偏振片旋轉的角度等于α或(180°－α)，故B、C正確；偏振光也是波，能產生干涉和衍射現象，故D錯誤。]
?題組三　激光
8．(多選)激光被譽為“神奇的光”，關于激光的應用，下列說法正確的是(　　)
A．激光用來控制核聚變，是因為它的亮度高，光源的能量能集中在很小一點上，可以在空間某個小區域內產生極高的溫度
B．由于激光是相干光，所以它能像無線電波那樣被調制，用來傳遞信息
C．用激光攔截導彈，摧毀衛星，是因為激光在大氣中傳播不受大氣的影響
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生折射
AB　[激光用來控制核聚變，是因為它的亮度高，光源的能量能集中在很小一點上，可以在空間某個小區域內產生極高的溫度，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制，用來傳遞信息，故B正確；用激光攔截導彈，摧毀衛星，是因為激光亮度高，故C錯誤；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，故D錯誤。]
9．關于激光，下列說法正確的是(　　)
A．激光是自然界中某種物質直接發光產生的
B．激光相干性好，任何兩束激光都能發生干涉
C．用激光照射不透明擋板上的小圓孔時，光屏上能觀測到等間距的光環
D．激光全息照片是利用光的干涉記錄下物體三維圖像的信息
D　[激光是人造光，不是自然界中某種物質直接發光產生的，故A錯誤；激光相干性好，但只有頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的兩束激光才能發生干涉，故B錯誤；用激光照射不透明擋板上的小圓孔時，光屏上能觀測到間距不等的衍射光環，故C錯誤；激光全息照片是利用光的干涉記錄下物體三維圖像的信息，故D正確。]
10．(多選)做單縫衍射實驗和雙縫干涉實驗時，用激光比普通光源效果更好，圖像更清晰。如圖所示，如果將感光元件置于光屏上，則不僅能在光屏上看到彩色條紋，還能通過感光元件中的信號轉換，在電腦上看到光強的分布情況。下列說法正確的是(　　)
A．做單縫實驗時，光強分布圖如乙所示
B．做單縫實驗時，光強分布圖如丙所示
C．做雙縫實驗時，光強分布圖如乙所示
D．做雙縫實驗時，光強分布圖如丙所示
AD　[單縫衍射條紋一定不等距，即中間寬、兩邊窄的明暗相間的條紋，光強分布圖如題圖乙所示，故A項正確，B項錯誤；雙縫干涉條紋等間距，光強分布圖如題圖丙所示，故D項正確，C項錯誤。]
11．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”)，當進行干涉現象研究時，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”)。
[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
12．利用激光遇到物體發生反射，可以測定物體的有關參量。如圖甲所示，B為固定的激光發射器和接收器于一體的裝置，C為一輛在水平地面上做勻速直線運動的小車。現使B對準勻速行駛的小車C，使B每隔固定時間T0發射一激光脈沖為如圖乙所示幅度較大的波形，而B接收到的由小車C返回的激光脈沖為如圖乙所示幅度較小的波形，發射、接收激光脈沖的時間間隔如圖乙所示。T0、T、ΔT均為已知量，則根據所給信息判斷小車的運動方向為________(選填“向左”或“向右”)，速度大小為________(已知光速為c)。
　
[解析]　若小車不動，發射激光脈沖到接收返回脈沖的時間應恒定，而從題圖乙看，從發射到接收的時間間隔逐漸增大，故可知小車C速度方向與激光發射方向一致，即小車向右運動。要求小車的速度，關鍵是求出小車通過的某段位移和所用時間，可用運動學中處理追及問題的方法求解，作出運動示意圖如圖所示。
s＝OD－OA＝c·－c·＝c·ΔT
如圖所示，在s這段位移內小車運動的時間t＝T0＋
故小車的速度大小v＝＝。
[答案]　向右　
1 / 15．光的衍射
6．光的偏振　激光
[學習目標]　1．了解光的衍射現象、偏振現象，知道激光的特性。2．知道自然光和偏振光的區別。3．借助實例分析推理知道光是橫波。4．通過觀察得出光明顯衍射的條件。5．經歷光的偏振實驗的過程，體會偏振光的特性。6．通過生活中實例的觀察，引導學生體會物理之美，培養學習興趣。
　光的衍射與衍射光柵
1．光的衍射
(1)用單色平行光照射狹縫，當縫很__時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了______的地方。這就是光的衍射現象。
(2)各種不同形狀的障礙物都能使光發生衍射，致使影的輪廓________，出現________的條紋。
(3)發生明顯衍射現象的條件：在障礙物或狹縫的尺寸跟光的波長____，甚至比光的波長還__的時候，衍射現象十分明顯。
提醒：一般情況下，障礙物的尺寸比光的波長大得多，衍射現象不明顯，故可近似認為光沿直線傳播。
2．衍射光柵
(1)結構
由許多____的狹縫等距離排列起來形成的光學元件。
(2)衍射圖樣特點
與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度____，亮度____。
【思考討論】　取三塊不透光的板，在每塊板的中間各開一個圓孔，三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，在屏上會出現圖(a)所示光斑；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現圖(b)所示光斑；最后用圓孔最小(直徑約為1 mm)的那塊板，在屏上會出現圖(c)所示光斑。
問題1　圖(b)中的屏上產生了什么現象？
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問題2　比較屏上圖(b)和圖(c)說明了什么？
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【知識歸納】　
1．產生明顯衍射的條件
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生明顯的衍射現象。對同樣的障礙物，波長越長的光，衍射現象越明顯；對某種波長的光，障礙物尺寸越小，衍射現象越明顯。由于波長越長，衍射性越好，所以觀察到聲波的衍射現象就比觀察到光波的衍射現象容易得多。
2．三種不同的衍射現象及特點
(1)單縫衍射
①現象：如圖所示，點光源S發出的光經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區域；若縫足夠窄，則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區，在AA′、BB′區域出現明暗相間的條紋，即發生了明顯的衍射現象。
②單縫衍射圖樣的四個特點
a．中央條紋亮而寬。
b．兩側亮條紋具有對稱性，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，兩側為彩色條紋，且外側呈紅色，靠近白色亮條紋的內側為紫色。
(2)圓孔衍射
①現象：圓孔衍射如圖甲所示，當擋板AB上的圓孔較大時，光屏上出現如圖乙(a)中所示的情形，光沿直線傳播，無明顯衍射現象發生；當擋板AB上的圓孔很小時，光屏上出現如圖乙(b)中所示的衍射圖樣，出現亮、暗相間的圓環。
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。越向外，圓環亮度越低。
b．白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環。
(3)泊松亮斑——障礙物的衍射現象
①現象：各種不同形狀的障礙物也能使光發生衍射，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，會發現在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑，如圖乙(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。與小孔衍射圖樣有明顯區別。
【典例1】　(衍射現象)在觀察光的衍射現象的實驗中，通過緊靠眼睛的卡尺測腳形成的狹縫，觀看遠處的線狀白熾燈絲(燈管或燈絲都要平行于狹縫)，可以看到(　　)
A．黑白相間的直條紋
B．黑白相間的弧形條紋
C．彩色的直條紋
D．彩色弧形條紋
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【典例2】　(雙縫干涉與單縫衍射圖樣的區分)(多選)如圖(a)所示是做雙縫干涉實驗的示意圖。先做操作1：用兩塊不同顏色的濾光片分別擋住雙縫屏上下兩半部分Ⅰ和Ⅱ；接著再做操作2：用不透明的擋板擋住b縫。若兩塊濾光片一塊是紅色，一塊是藍色，則(　　)
A．完成操作1后，光屏上出現的是圖 (b)圖案，且甲是紅色條紋，乙是藍色條紋
B．完成操作1后，光屏上出現的是圖 (c)圖案，且丙是藍色條紋，丁是紅色條紋
C．完成操作2后，光屏上出現的是圖 (b)圖案，且甲是藍色條紋，乙是紅色條紋
D．完成操作2后，光屏上出現的是圖 (c)圖案，且丙是紅色條紋，丁是藍色條紋
[聽課記錄]　_________________________________________________________
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　區分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法
(1)根據條紋的寬度區分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的；而單縫衍射的條紋中央亮條紋最寬，兩側的亮條紋逐漸變窄。
(2)根據亮條紋的亮度區分：雙縫干涉條紋從中央亮紋往兩側亮度變化很小；而單縫衍射條紋的中央亮紋最亮，兩側的亮紋逐漸變暗。
　光的偏振
【鏈接教材】　人教版P108圖4.6-1、圖4.6-2所示：結合繩波和彈簧波的特點，分析這兩種波能否通過狹縫？
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【知識梳理】　
1．偏振
(1)不同的橫波，即使________相同，____方向也可能不同的現象。稱為“偏振現象”。
(2)橫波的____方向稱為“偏振方向”。
(3)偏振現象是____的特有現象，____沒有“偏振現象”。
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____的方向，沿著這個方向振動的光波能順利通過偏振片，偏振方向與這個方向垂直的光不能通過，這個方向叫作____方向。
(2)自然光：由太陽、電燈等普通光源發出的光，它包含著在____于傳播方向上沿____________的光，而且沿著各個方向振動的光波的____都相同。
(3)偏振光：自然光垂直透過某一偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，沿著某一特定方向振動的光叫作偏振光。
提醒：(1)通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，偏振片不改變光的頻率和顏色。
(2)偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實的狹縫。
3．偏振現象的應用
攝影中應用偏振光：為了消除反射光的影響，在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，轉動濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向____，就可以減弱反射光的影響。
【思考討論】　如圖所示，一束自然光通過偏振片(偏振片上用箭頭表示其透振方向)照射到光屏上。
問題　上面各圖中光屏亮暗情況如何？
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【知識歸納】　
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，只有沿著某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
自然光 偏振光
成因 從光源(如太陽、電燈等)直接發出的光 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，沿著各個方向振動 在垂直于傳播方向的平面內，只有一個振動方向
經偏振片后現象比較
經偏振片后現象比較 如圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉動偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化 如圖所示，偏振光經偏振片后，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】　(光的偏振原理)如圖所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此時在光屏C上透射光的強度最大，則(　　)
A．光的偏振現象說明光是縱波
B．自然光垂直于OO′方向振動的光波的強度不相同
C．只將A繞OO′軸旋轉30°時，屏上透射光的強度不為零
D．只將B繞OO′軸旋轉180°時，屏上透射光的強度幾乎為零
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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透振方向無關。
(2)偏振光通過偏振片時，透射光的強度與偏振方向和透振方向的夾角大小有關。
【典例4】　(2024·江蘇卷)用立體影院的特殊眼鏡去觀看手機液晶屏幕，左鏡片明亮，右鏡片暗，現在將手機屏幕旋轉90度，會觀察到(　　)
A．兩鏡片都變亮
B．兩鏡片都變暗
C．兩鏡片沒有任何變化
D．左鏡片變暗，右鏡片變亮
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　激光的特點與應用
1．激光：激光是原子受激輻射產生的光，發出的光的頻率____、相位差____、振動方向一致。
2．激光的特點
(1)高度的相干性：激光是人工產生的相干光，其單色性好、______好。激光的頻率單一、顏色純凈，用激光做衍射、干涉實驗效果很好。
(2)平行度好：從激光器發出的激光具有極好的____性，幾乎是一束方向不變、發散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光的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集中很大的____。
激光的特點及應用
特點 性質 應用
相干性 激光具有頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的特點，是人工產生的相干光，具有高度的相干性 光纖通信
平行度 激光的平行度非常好，傳播很遠的距離仍能保持一定的強度 進行精確的測距；讀取光盤上記錄的信息等
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；醫學上可以用激光做“光刀”；激發核反應等
【典例5】　(激光的特點和應用)(多選)激光的誕生是一件大事，它使人類獲得了極其理想的、自然界中不存在的光源。下列關于激光的特性及其應用，說法正確的是(　　)
A．醫學上用激光“焊接”剝落的視網膜，是利用激光的相干性
B．實驗室里用激光更容易完成雙縫干涉實驗和衍射實驗，是利用激光的相干性
C．激光能夠比較精確地測量地球到月球的距離，是利用激光的平行度好的特點
D．激光束很容易在堅硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高的特點
[聽課記錄]　_________________________________________________________
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1．2023年諾貝爾物理學獎頒發給“為研究物質中的電子動力學，而產生阿秒激光的實驗方法”方面所做出貢獻的三位科學家。關于激光的應用，下列說法正確的是(　　)
A．全息照片拍攝是利用了激光的全反射原理
B．利用激光是相干光，可以用在雷達上進行精確的測距
C．由于激光平行度好，它能像無線電波那樣被調制，用來傳遞信息
D．利用激光亮度高，可以用在醫學上做光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網膜
2．在光的單縫衍射實驗中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣。下圖中屬于光的單縫衍射圖樣的是(　　)
A．(a)(c) 　 B．(b)(c)
C．(a)(d) 　 D．(b)(d)
3．用如圖所示裝置研究偏振現象，P1、P2是兩塊完全相同的圓形偏振片，A、B為觀測點，A、B和兩塊偏振片的中心共線，且偏振片與AB連線垂直，兩偏振片可繞AB連線轉動，下列說法正確的是(　　)
A．固定P1，轉動P2，則A、B處光強均發生變化
B．固定P2，轉動P1，則A、B處光強均不發生變化
C．同時轉動P1和P2，A處光強不變，B處光強可能變化
D．同時轉動P1和P2，A、B處光強均發生變化
回歸本節知識，完成以下問題：
1．光發生明顯衍射的條件是什么？
2．什么是光的偏振現象？
3．激光有哪些特性？
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