高考物理总复习专题一光及其应用1516光的衍射光的偏振学案新人教版.docx

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高考物理总复习专题一光及其应用1516光的衍射光的偏振学案新人教版

1.1.5　光的衍射

1.1.6　光的偏振

学习目标

核心提炼

1.知道发生光的明显衍射现象的条件，从而对光的波动性有进一步的认识。

2.知道“光沿直线传播”是一种近似规律。

3.认识振动中的偏振现象。

4.了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。

1个条件——光发生明显衍射的条件

2种现象——光的衍射现象和偏振现象

一、光的衍射

1.用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。

这就是光的衍射现象。

2.发生明显衍射现象的条件：

在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。

注意：

衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大，随着缝、孔的减小，衍射条纹的宽度增大，但条纹亮度减弱。

3.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，出现明暗相间的条纹。

4.衍射图样的特点

（1）单缝衍射：

①单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹。

中央条纹最宽最亮，两侧的亮纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。

②波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大。

图1

（2）圆孔衍射：

光通过小孔（孔很小）时，在光屏上出现明暗相间的圆环。

如图1所示。

（3）圆板衍射（泊松亮斑）

①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。

衍射图样如图2所示。

图2

②中央是亮斑，圆板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。

5.衍射光栅

（1）构成：

由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。

（2）增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。

（3）种类：

透射光栅和反射光栅。

思考判断

（1）光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论。

（×）

（2）光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据。

（√）

（3）衍射条纹图样是光波相互叠加的结果。

（√）

（4）平时很难观察到光的衍射现象是因为一般的障碍物或缝比光波的波长大很多的缘故。

（√）

（5）白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹。

（×）

（6）光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射。

（√）

（7）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。

（×）

二、光的偏振

1.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，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”。

2.自然光和偏振光

（1）自然光：

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，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同。

这种光是“自然光”。

（2）偏振光：

在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光。

（3）光的偏振现象表明光是一种横波。

3.偏振现象的应用

照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示、立体电影、车灯眩光的消除等。

思考判断

（1）偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同。

（×）

（2）自然光通过偏振片后成为偏振光。

（√）

（3）除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光。

（√）

（4）如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直，偏振光不能透过偏振片。

（√）

（5）光的偏振现象说明光是一种纵波。

（×）

（6）自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光。

（×）

　光的衍射

[要点归纳]　

1.衍射现象是否明显：

入射光波长越大，障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小，衍射现象越明显。

2.衍射条纹的亮度：

小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越小。

[精典示例]

[例1]（多选）在单缝衍射实验中，下列说法正确的是（　　）

A.将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄

B.使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄

C.换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽

D.增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽

解析　当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大，A、C正确；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大，B错误；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，D正确。

答案　ACD

[针对训练1]观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，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　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，本题是将缝调宽，现象向相反的方向变化，故选项A正确，B、C、D错误。

答案　A

　单缝衍射与双缝干涉的比较

[要点归纳]

1.不同点

（1）产生条件

（2）图样

2.相同点

（1）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。

（2）都是波特有的现象，表明光是一种波。

[精典示例]

[例2]如图3所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是（　　）

图3

A.a、b是光的干涉图样

B.c、d是光的干涉图样

C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短

D.形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短

解析　干涉条纹是等间距的条纹，因此，a、b是干涉图样，c、d是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式Δx＝

λ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项错误；c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项错误。

答案　A

区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法

（1）根据条纹的宽度区分：

双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄。

（2）根据亮条纹的亮度区分：

双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗。

[针对训练2]关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是（　　）

A.光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理

B.光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的

C.光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象不能说明这一点

D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果

解析　光的干涉现象和光的衍射现象都是波的特有现象，都是光波叠加的结果，白光的干涉条纹是彩色的，白光的衍射条纹也是彩色的，只是条纹间距特点及亮度特点不同而已。

答案　D

　光的偏振

[要点归纳]

1.振动方向比较

自然光在垂直于光的传播方向的平面内，沿所有方向振动；偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，沿某一特定的方向振动。

2.经过偏振片时现象比较

如图4，自然光通过偏振片后变成偏振光，后面的屏是明亮的，转动偏振片时，偏振光的振动方向随之变化，但屏上亮度不变。

图4

如图5甲、乙，偏振光经过偏振片时，若光的振动方向与偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于两者之间，随着振动方向与透振方向的夹角变大，亮度逐渐变暗。

图5

3.自然光、偏振光产生方式的比较

太阳、电灯等直接发出的光是自然光；自然光经偏振片后都是偏振光，自然光射到两种介质的交界面上，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。

[精典示例]

[例3]关于自然光和偏振光，下列观点正确的是（　　）

A.自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能

B.只有自然光透过偏振片才能获得偏振光

C.自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光

D.自然光和偏振光都能使感光底片感光

解析　振动沿各个方向均匀分布的光是自然光，而振动沿着特定方向的光是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，所以A错误；光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光，所以B错误；光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错误；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正确。

答案　D

（1）自然光通过一个偏振片成为偏振光，透射光的偏振方向与偏振片的放置有关，但光的强度与偏振片的方向无关。

（2）偏振光通过偏振片时，透光的强度与偏振光的振动方向和偏振片的透振方向的夹角大小有关。

[针对训练3]如图6所示，人眼隔着偏振片B、A去看一只电灯泡S，看不到透射光，下列说法中正确的是（　　）

图6

A.使A和B同时转过90°，能够看到透射光

B.单使B转过90°过程中，看到光先变亮再变暗

C.单使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮

D.单使A转动时，始终看不到透射光

解析　无法看到透射光，说明两个偏振片正好相互垂直，现在同时转过90°，依然看不到透射光，故A错误；单使B转过90°过程中，看到光逐渐变亮，故B错误，C正确；单使A转动时，渐渐看到透射光，故D错误。

答案　C

1.（多选）对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是（　　）

A.只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象

B.光的衍射现象是光波相互叠加的结果

C.光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论

D.光的衍射现象说明了光具有波动性

解析　光的干涉现象和衍射现象说明了光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线传播，而要出现小孔成像，孔不能太小，光的直线传播规律只是近似的，只有在光的波长比障碍物小很多的情况下，光才可以看成是直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，故选项A、B、D正确。

答案　ABD

2.用单色光分别通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是（　　）

A.用前者做实验时中央是暗的，用后者做实验时中央是亮的

B.用前者做实验时中央是亮的，用后者做实验时中央是暗的

C.中央均为亮点的同心圆形条纹

D.中央均为暗点的同心圆形条纹

解析　前者为障碍物小圆盘的衍射，障碍物后的阴影中央是一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，是光绕过盘的边缘后在中央叠加后形成的，在亮斑的周围有一个大的影区，在影区的边沿有明暗相间的圆环。

圆孔衍射形成的图样是明暗相间的同心圆环，中央是明亮的。

答案　C

3.（多选）如图7所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样。

下列判断正确的是（图中黑色表示亮条纹）（　　）

图7

A.甲为单缝衍射的图样B.乙为双缝干涉的图样

C.甲为双缝干涉的图样D.乙为单缝衍射的图样

解析　双缝干涉图样的条纹是等宽等间距的，单缝衍射的条纹是中间宽、两侧逐渐变窄，由此可见选项A、B正确。

答案　AB

4.（多选）光的偏振现象说明光是横波，下列现象中能反映光的偏振特性的是（　　）

A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化

B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光与折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光

C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片可以使景象更清晰

D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹

解析　通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，与偏振无关，故选项A、B、C正确，D错误。

答案　ABC

基础过关

1.在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是（　　）

图1

A.a、cB.b、c

C.a、dD.b、d

解析　单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样。

答案　D

2.下列现象中，属于光的衍射现象的是（　　）

A.雨后天空出现彩虹

B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹

C.海市蜃楼现象

D.光导纤维

解析　A项为光的色散现象；B项为光的衍射现象；C项海市蜃楼为光的折射和全反射现象；D项为光的全反射现象。

答案　B

3.在拍摄日落时分水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是（　　）

A.减弱反射光，从而使景物的像清晰

B.增强反射光，从而使景物的像清晰

C.增强透射光，从而使景物的像清晰

D.减弱透射光，从而使景物的像清晰

解析　让偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，减弱进入镜头的反射光，使水下景物的像清晰，选项A正确。

答案　A

4.将两个偏振片紧靠在一起，放在一盏灯的前面，眼睛通过偏振片看到的光很弱。

如果将其中一个偏振片旋转180°，在旋转过程中会观察到（　　）

A.灯光逐渐增强，然后逐渐减弱

B.灯光强度保持不变

C.灯光逐渐增强，没有减弱现象

D.灯光逐渐增强，再减弱，然后增强到最亮

解析　眼睛通过两偏振片看到的光很弱，是因为两偏振片的透振方向垂直，在旋转其中一个偏振片的过程中，透振方向逐渐一致，光逐渐增强，当两个偏振片的透振方向一致时，光线最强，继续旋转偏振片时，透振方向又逐渐偏离，光线逐渐减弱。

所以选项A正确。

答案　A

5.一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现亮暗相间的干涉条纹，现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到（　　）

A.与原来相同的亮暗相间条纹，只是亮条纹比原来暗些

B.与原来不同的亮暗相间条纹，而中央亮条纹变宽些

C.只有一条与缝宽对应的亮条纹

D.无条纹，只存在一片红光

解析　挡住一缝后，在屏上得到的是单缝衍射图样。

衍射图样和干涉图样的异同点：

中央都出现亮条纹，但衍射图样中央亮条纹较宽，两侧都出现亮暗相间的条纹，干涉图样为等间隔的亮暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间隔的亮暗相间的条纹且亮条纹的亮度迅速减弱。

答案　B

6.一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光和折射光恰好是振动方向互相垂直的偏振光。

因此，可以推断出玻璃的折射率为（　　）

A.

B.

C.

D.

解析　光路图如图所示，由几何关系知入射角i＝90°－30°＝60°。

折射率n＝

＝

。

答案　B

7.（多选）如图2所示，偏振片正对工作的液晶显示器，透过偏振片看到显示器亮度正常，将偏振镜片转动90°，透过偏振镜片看到的屏幕漆黑，则（　　）

图2

A.显示器发出的光是纵波B.显示器发出的光是横波

C.显示器发出的光是自然光D.显示器发出的光是偏振光

解析　当入射光的振动方向与偏振片的透振方向相同时，透射光的强度最强；若入射光的振动方向与偏振片的透振方向垂直，透射光的强度最弱为零，所以显示器发出的光是偏振光，C项错误，D项正确；光的偏振现象说明光是横波而不是纵波，故A项错误，B正确。

答案　BD

8.（2018·大连高二检测）在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，这两种现象（　　）

A.前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象

B.前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象

C.都是光的干涉现象

D.都是光的衍射现象

解析　在两块捏紧的玻璃板之间会形成空气薄膜，光线通过玻璃板时在空气薄膜前、后表面反射回来的光线干涉后形成干涉图样，所以A、D项错误；通过狭缝观察发光的白炽灯，光线通过狭缝形成单缝衍射图样，所以B项正确，C项错误。

答案　B

能力提升

9.（多选）下列说法正确的是（　　）

A.只有当障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多，甚至比光的波长还小时，才能产生明显的光的衍射现象

B.光的衍射现象是光波相互叠加的结果，光的衍射现象说明了光具有波动性

C.用单色平行光照射单缝，缝宽不变，照射光的波长越长，衍射现象越显著

D.光的衍射现象和干涉现象否定了光的直线传播的结论

E.在城市交通中，用红灯表示禁止通行，这是因为红光更容易产生干涉

解析　光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线传播，而要出现小孔成像，孔不能太小，光的直线传播规律只是近似的，只有在光的波长比障碍物小很多的情况下，光才可以看成是直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，在城市交通中，用红灯表示禁止通行，是因为红光的穿透能力强。

故选项A、B、C正确。

答案　ABC

10.（多选）（2018·辽阳高二检测）下列说法正确的是（　　）

A.用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理

B.紫外线比红外线更容易发生衍射现象

C.经过同一双缝所得干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大

D.光的色散现象都是由光的干涉现象引起的

E.光的偏振现象说明光是一种横波

解析　光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理，故A正确；紫外线的波长比红外线短，不容易发生衍射现象，故B错误；同一双缝所得干涉条纹，红光的波长比绿光长，则干涉条纹宽度大，故C正确；色散现象可以由光的干涉或折射现象引起，故D错误；偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故E正确。

答案　ACE

11.某同学自己动手制作如图3所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：

图3

（1）该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现不等间距条纹，此条纹是由于________产生的。

（2）移去A后，遮住缝S1或缝S2中的任一个，C上均出现一窄亮斑。

出现以上实验结果的主要原因是________________________________________。

解析　

（1）移去B后只剩下单缝，故发生单缝衍射形成条纹，故此条纹是由于光的衍射产生的。

（2）没有出现条纹而只出现一个窄亮斑，说明衍射现象不明显，故主要原因是双缝S1、S2太宽。

答案　

（1）光的衍射　

（2）双缝S1、S2太宽

12.使太阳光垂直照射到一块遮光板上，板上有可以自由收缩的正方形孔，孔的后面放置一个光屏，在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中，光屏上依次可以看到几种不同的现象，试把下列现象依次排列________。

A.圆形光斑B.明暗相间的彩色条纹

C.变暗消失D.正方形光斑

E.正方形光斑由大变小

解析　由于光的波长很短，因此当孔很大时，不会发生明显的衍射现象，此时可看作光是近似沿直线传播的，在屏上得到孔的影；当孔继续减小时，虽不能使光发生明显的衍射现象，但可以在屏上得到太阳的像，即小孔成像；孔再继续减小时，光开始发生明显的衍射现象，出现明暗相间的彩色条纹；孔进一步减小直到闭合时，由于穿过孔的光减小而使光线变暗直至消失。

答案　DEABC

13.如图4所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片。

图4

（1）试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系；

（2）试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因。

解析　

（1）从四张照片的单缝衍射图样可以看出，由图甲到图丁，衍射现象越来越明显，说明两测量脚间的狭缝越来越小，因此由图甲到图丁四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小。

（2）图丁中中央条纹的颜色为白色，因为各种色光在屏中央均为亮条纹，七色光叠加后，中央条纹即为白色。

答案　

（1）越来越小　

（2）见解析