第51讲 光的衍射偏振及激光-【划重点】2024年高考物理一轮复习精细讲义

第51讲 光的衍射、偏振及激光 ——划重点之精细讲义系列 考点一 光的衍射 1.衍射现象：光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光会偏离原本直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象. 2.光产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或跟光的波长差不多. 3.衍射现象的意义：衍射现象和干涉现象都证明了光是一种波，衍射是波的基本传播方式之一. ①光的衍射现象和光的直线传播的关系：光在任何条件下均会发生衍射，但只有满足一定条件时才会发生明显的衍射.由于可见光的波长范围为400~760 nm,生活中的障碍物和孔的尺寸远大于可见光的波长，所以衍射非常不明显，光近似沿直线传播，光照到较大的障碍物或小孔上时，在它们的后面留下阴影或光斑. ②对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显.由于一般声波波长远大于光波波长，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多.例如平时隔墙可以听见别人的声音，却看不到人. 4.衍射图样 衍射图样是指光发生衍射时产生的明暗条纹或光环 (1)单缝衍射图样 ①中央条纹最亮，越向两边越暗，且有对称性；条纹间距不等，越向两边条纹间距越小，且暗条纹的亮度明显低于亮条纹. 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用白光做单缝衍射实验时，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.最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的色光是红光。 ①红光比蓝光更容易发生明显衍射，单缝宽度相同时，红光产生的衍射条纹更宽、间距更大.红光绕过宽为0.4 mm的单缝比宽为0.8 mm的单缝衍射更明显. ②衍射条纹的亮度是由光照射的能量决定的，并不是衍射现象越明显条纹越亮. ③衍射条纹产生的实质：衍射条纹的产生实质上是光波发生干涉的结果，即相干波叠加的结果.当光源发出的光照射到小孔或障碍物时，小孔处或障碍物的边缘可看成许多点光源，这些点光源是相干光源，发出的光相互干涉，形成明暗相间的条纹，双缝干涉离不开衍射现象，衍射条纹是光波叠加的结果. (2)圆孔衍射图样 ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小，如图所示. ②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱. ③用不同色光照射圆孔时，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大. ④白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环. ①如图所示，孔较大时，由于光沿直线传播，屏上出现了光斑，但由于光的衍射，光斑边缘有些模糊.孔减小时，屏上出现光源倒立的像(小孔成像).孔再减小时，出现明显衍射图样. ②用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当圆孔的直径由数厘米逐渐减小到接近零的过程中，位于遮光板后面的屏上将依次出现圆形亮斑、烛焰的像、明暗相间的圆环，最后变黑暗. (3)不透明的小圆盘衍射图样 ①中央是一个亮斑，圆盘后方阴影区域的边缘模糊，阴影外边有明暗相间的圆环. ②泊松亮斑：当单色光照射在直径恰当的不透明的小圆盘上，会在之后的光屏上形成明暗相间的、间距不等的同心圆环，在屏上圆盘的阴影中心，有一个亮斑，把这个亮斑称为泊松亮斑，如图所示. ③泊松亮斑图样的亮环或暗环间距随半径增大而减小. ①圆孔衍射与圆盘衍射图样比较 圆孔衍射 圆盘衍射 图像 区别 中央是大且亮的圆形亮斑，外侧较暗 阴影中心有一个很小的亮斑(泊松亮斑),外侧明亮 圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大 圆盘衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小 相同 不等间距的明暗相间圆环 ②不只是狭缝、圆孔和圆盘，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清. ③单缝衍射与双缝干涉的对比 名称 单缝衍射 双缝衍射 不同点 产生条件 障碍物或孔的尺寸比光的波长小或跟光的波长差不多(产生明显衍射的条件) 频率相同、相位差恒定且振动方向相同的两列光相遇叠加 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度几乎相等 条纹间距 各条纹间距不等，越靠外条纹间距越小 各相邻条纹等间距 亮度 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等 相同点 成因 都是光叠加时加强或削弱的结果 现象 都有明暗相间的条纹，条纹宽度和间距都随波长变大而变宽 意义 都是波特有的现象，表明光是一种波 辨析干涉和衍射 (1)干涉现象和衍射现象都是由于光的叠加而产生的.对于衍射现象来说，小孔处的光源可以看成无数个子光源，它们也会叠加，振动加强的点产生亮条纹，振动减弱的点产生暗条纹 (2)