4.4 光的衍射和偏振 -2024-2025学年高二上学期物理沪科版（2020）选择性必修第一册

第四节 光的衍射和偏振 课时聚焦 一、光的衍射 当光在传播过程中遇到孔隙（或障碍物）后，偏离原来的_____________方向绕过孔隙（或障碍物）继续传播的现象。 1．单缝衍射 双缝干涉与单缝衍射的比较 类别 单缝衍射 双缝干涉 产生条件 孔隙或障碍物的尺寸比波长________或跟波长___________。 两列相干光叠加 条纹宽度 条纹宽度相等 亮度 各亮纹的亮度基本相同 条纹间距 Δx 随缝宽（或孔径）的减小而____ 与双缝间距 d 成反比 相同点 都是明暗相间的条纹，条纹间距 Δx 都随波长 λ 、缝屏距离 L 的增大而增大； 都是波特有的现象，证明光是一种波。 2．圆孔衍射 图样特点：中央是________（大/小）且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的_________。越靠外，环形亮条纹的亮度越_________，宽度________。圆孔越小，中央亮斑的直径越_______，同时亮度越______。 单缝衍射图样 圆孔衍射图样 圆盘衍射图样，中央亮斑叫做泊松亮斑 3．不透明圆盘衍射 也是明暗相间的同心圆环，但中心的亮斑（泊松亮斑）较______，而圆孔射图样中心的亮斑较_____。 二、衍射的应用 DNA 分子的 X 射线衍射图样 通过衍射图样来推断障碍物或孔隙的空间结构和形状。 防伪标识 在印有图案的表面上沿不同方向刻上密排的细条纹。光通过这些细条纹发生衍射，形成特定的彩色图案来防伪。 【例 1】 关于光的衍射，下列说法正确的是（ ） A．只有当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时，才会发生光的衍射现象 B．当光的波长大于障碍物或小孔的尺寸时，不会发生明显的衍射现象 C．发生单缝衍射时，若减小单缝的宽度，则条纹变暗 D．光照到较大圆孔上时，屏上出现大光斑，不存在光的衍射 【例 2】 某同学利用图（甲）所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。某次实验时，在电脑屏幕上得到图（乙）所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是_______（选填“单缝”或“双缝”）。 当做干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，可选用宽度较________的双缝（选填“宽”或“窄”），或使缝屏与光屏间的距离_________（选填“增大”或“减小”）。 【例 3】 某研究性学习小组用激光束照射不同直径的圆孔和不透明圆板后，拍摄了许多屏上的图样，图甲和图乙是学习小组拍摄的图样中的两张，下列说法正确的是（ ） A．图甲为著名的“泊松亮斑” B．图甲和图乙都是光线照射到圆孔后的衍射图样，图甲中孔的直径较小 C．图甲和图乙都是光线照射到圆板后的衍射图样，图乙中板的直径较小 D．图甲是光线照射到圆孔后的衍射图样，图乙是光线照射到圆板后的衍射图样 二、光的偏振 1．概念：在______于光传播方向的平面内光波只沿___________方向振动的现象。偏振现象表明光是________（横/纵）波。自然光包含一切 振动方向的光 光屏 起偏器 检偏器 2．自然光：普通光源发出的光，在垂直于光传播方向的平面内包含______振动方向的光。 （3）偏振光：___________光经过_________器后，在垂直于传播方向的平面内只沿一个__________方向振动的光，可以通过_________器加以检验。 （4）偏振现象的应用；照相机镜头上加装__________、立体电影。 【例 4】 如图，电灯 S 发出的光先后经过偏振片 A 和 B，人眼在 P 处迎着入射光方向，却看不到光亮，则（ ） A．电灯 S 发出的光是偏振光 B．偏振片 A 起检偏器的作用 C．以 SP 为轴将 A 转过 45°，可在 P 处看到光亮 D．将 B 沿 SP 向 A 平移至某位置时，可在 P 处看到光亮 同步精练 一、选择题 1． 下列现象不属于衍射的是（ ） A．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样 B．白光照射肥皂膜呈现出彩色图样 C．光照射刀片的阴影轮廓模糊不清 D．光照射不透明圆盘的阴影中心出现亮斑 2． 一单色光源发出的光经一狭缝照射到光屏上，可观察到的图样是（ ） 3． 【2012年上海高考】下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则（ ） 甲 乙 丙 丁 （A）甲为紫光的干涉图样 （B）乙为紫光的干涉图样 （C）丙为红光的干涉图样 （D）丁为红光的干涉图样 4． 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明暗相间的干涉条纹。现在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．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些 B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而且中央明条纹比两侧的宽些 C．只有一条与缝宽对应的明条纹 D．无条纹，只存在一片红光 5． 已知声波在空气中的传播速度为 340 m/s。现有几种声波：① 周期为 s，② 频率为 1×104 Hz， ③波长为 10 m，它们传播时若遇到宽约为 13 m 的障碍物，能产生显著的衍射现象的是（ ） A．①和② B．②和③ C．①和③ D．都可以 6． 某次光的衍射实验中，观察到如图所示的明暗相间的图样，则障碍物为（ ） A．很小的不透明圆板 B．中间有较小圆孔的不透明挡板 C．很大的不透明圆板 D．中间有较大圆孔的不透明挡板 7． 如图，某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条宽为 0.05 mm 的窄缝，利用光屏观察光的衍射现象，则他在光屏上看到的图样是（ ） 8． 【2020年上海高考】观察光的衍射现象的实验装置如图所示，用红色激光照射时得到某衍射条纹，为减小条纹宽度，可（ ）光屏 单缝 激光器 （A）减小单缝宽度 （B）改用绿色激光照射 （C）增大单缝与光屏的距离 （D）减小激光器与单缝的距离 9． 如图，通过用两个刀片组成的宽度可以调节的狭缝观察日光灯光源时看到三个现象。在狭缝宽度逐渐变小过程中，所看到的三个图样的顺序可能是（ ） A．abc B．bca C．cab D．bac 10． （多选）用如图 1 所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图 2 所示，实验发现光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是（ ） A．这个实验用事实证明了光具有波动性 B．圆孔变小，衍射图样的范围反而变大 C．圆孔变小，中央亮斑的亮度反而变大 D．不同波长的光对应衍射图样完全相同 11． 抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，观察激光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化（ ） （A）这里应用的是光的干涉现象 （B）这里应用的是光的偏振现象 （C）如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 （D）如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细 12． 夏天柏油路面上的反射光是偏振光，其振动方向与路面平行。人配戴的太阳镜的镜片是由偏振玻璃制的。镜片的透振方向应是（ ） A．竖直的 B．水平的 C．斜向左上45° D．斜向右上45° 13． 用如图所示的装置研究偏振现象，P1、P2 是两块完全相同的圆形偏振片，A、B 为观测点，A、B 和两块偏振片的中心共线，且偏振片与 A、B 连线垂直，两偏振片可绕 A、B 连线转动，下列说法正确的是（ ） A．固定 P1，转动 P2，则 A、B 处光的强度均发生变化 B．固定 P2，转动 P1，则 A、B 处光的强度均不发生变化 C．同时转动 P1 和 P2，A 处光的强度不变，B 处光的强度可能变化 D．同时转动 P1 和 P2，A、B 处光的强度均发生变化 二、填空题 14． 光发生明显衍射的条件为障碍物或者孔的尺寸比波长________或与波长___________________；光遇到障碍物时，在波长障碍物的尺寸比光的波长_________情况下，可近似认为光是沿直线传播的。 15． 用激光器发出的光照射一宽度可调的单缝，在缝后一定距离处设置一光屏，如图所示。调节单缝的宽度，在单缝由宽到窄的过程中，衍射现象________明显（选填“更加”或“更不”），观察到中央明条纹的宽度__________，亮度_________。（以上两格均选填“变大”、“变小”或“不变”） 激光器 单缝屏 光屏 16． 摄影师在拍摄玻璃橱窗里的陈列物时，为减弱反射光而使玻璃后的景象清晰，常在镜头前装一片_________滤光片。光的________现象说明了光是横波，光的________与_________现象说明光是一种波。 17． 如图所示是观察光的偏振现象的示意图。其中第一片偏振片 A 称为__________，其作用是把自然光变成偏振光；第二片偏振片 B 称为_________，其作用是检验光是否是偏振光。当 B 相对于 A 转动时，会看到透射光强度____________（选填“不变”或“变化”）。 18． 如图，电灯 S 发出的光 a 穿过偏振片 A 后变为光 b，又穿过偏振片 B 而被在 P 处的人眼看到，则其中光 b 是__________（选填“自然光”或“偏振光”）；若人眼看到透过B的光最强，则将 B 转过________角度时，人眼看到的光最弱。 三、计算题 19． 如图，边长为 a 的正方形 ABCD 为一棱镜的横截面，M 为 AB 边的中点。在截面所在的平面，一光线自 M 点射入棱镜，入射角为 60°，经折射后在 BC 边的 N 点恰好发生全反射，反射光线从 CD 边的 P 点射出棱镜，求棱镜的折射率。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四节 光的衍射和偏振 课时聚焦 一、光的衍射 Comment by fj: （1）直线运动 （2）小，相差不大（这句话书上没有原话） 条纹宽度不等，中央最宽 中央明纹最亮，两侧变暗 增大（注意：书本上衍射没有出现公式，也没有明确说明与之相关的因素，只讨论了亮度随狭缝宽度的增大而减小） （3）大，同心圆环，弱，减小，大，弱 （4）小，大 当光在传播过程中遇到孔隙（或障碍物）后，偏离原来的_____________方向绕过孔隙（或障碍物）继续传播的现象。 1．单缝衍射 双缝干涉与单缝衍射的比较 类别 单缝衍射 双缝干涉 产生条件 孔隙或障碍物的尺寸比波长________或跟波长___________。 两列相干光叠加 条纹宽度 条纹宽度相等 亮度 各亮纹的亮度基本相同 条纹间距 Δx 随缝宽（或孔径）的减小而____ 与双缝间距 d 成反比 相同点 都是明暗相间的条纹，条纹间距 Δx 都随波长 λ 、缝屏距离 L 的增大而增大； 都是波特有的现象，证明光是一种波。 2．圆孔衍射 图样特点：中央是________（大/小）且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的_________。越靠外，环形亮条纹的亮度越_________，宽度________。圆孔越小，中央亮斑的直径越_______，同时亮度越______。 单缝衍射图样 圆孔衍射图样 圆盘衍射图样，中央亮斑叫做泊松亮斑 3．不透明圆盘衍射 也是明暗相间的同心圆环，但中心的亮斑（泊松亮斑）较______，而圆孔射图样中心的亮斑较_____。 二、衍射的应用 DNA 分子的 X 射线衍射图样 通过衍射图样来推断障碍物或孔隙的空间结构和形状。 防伪标识 在印有图案的表面上沿不同方向刻上密排的细条纹。光通过这些细条纹发生衍射，形成特定的彩色图案来防伪。 【例 1】 关于光的衍射，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: C D选项：书本上没有强调明显衍射这个单词 A．只有当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时，才会发生光的衍射现象 B．当光的波长大于障碍物或小孔的尺寸时，不会发生明显的衍射现象 C．发生单缝衍射时，若减小单缝的宽度，则条纹变暗 D．光照到较大圆孔上时，屏上出现大光斑，不存在光的衍射 【例 2】 某同学利用图（甲）所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。某次实验时，在电脑屏幕上得到图（乙）所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是_______（选填“单缝”或“双缝”）。 当做干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，可选用宽度较________的双缝（选填“宽”或“窄”），或使缝屏与光屏间的距离_________（选填“增大”或“减小”）。 Comment by fanjing: 单缝，窄，增大 2013学年虹口二模26 【例 3】 某研究性学习小组用激光束照射不同直径的圆孔和不透明圆板后，拍摄了许多屏上的图样，图甲和图乙是学习小组拍摄的图样中的两张，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: D A．图甲为著名的“泊松亮斑” B．图甲和图乙都是光线照射到圆孔后的衍射图样，图甲中孔的直径较小 C．图甲和图乙都是光线照射到圆板后的衍射图样，图乙中板的直径较小 D．图甲是光线照射到圆孔后的衍射图样，图乙是光线照射到圆板后的衍射图样 二、光的偏振 Comment by fj: （1）垂直，某一特定，某些（注意：书本的定义不是这样的），横 （2）一切 （3）自然，起偏器，垂直，一个特定的方向，检偏器 （4）偏振滤光片 1．概念：在______于光传播方向的平面内光波只沿___________方向振动的现象。偏振现象表明光是________（横/纵）波。自然光包含一切 振动方向的光 光屏 起偏器 检偏器 2．自然光：普通光源发出的光，在垂直于光传播方向的平面内包含______振动方向的光。 （3）偏振光：___________光经过_________器后，在垂直于传播方向的平面内只沿一个__________方向振动的光，可以通过_________器加以检验。 （4）偏振现象的应用；照相机镜头上加装__________、立体电影。 【例 4】 如图，电灯 S 发出的光先后经过偏振片 A 和 B，人眼在 P 处迎着入射光方向，却看不到光亮，则（ ） Comment by fj: C A．电灯 S 发出的光是偏振光 B．偏振片 A 起检偏器的作用 C．以 SP 为轴将 A 转过 45°，可在 P 处看到光亮 D．将 B 沿 SP 向 A 平移至某位置时，可在 P 处看到光亮 同步精练 一、选择题 1． 下列现象不属于衍射的是（ ） Comment by fj: B C选项书本未提及 A．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样 B．白光照射肥皂膜呈现出彩色图样 C．光照射刀片的阴影轮廓模糊不清 D．光照射不透明圆盘的阴影中心出现亮斑 2． 一单色光源发出的光经一狭缝照射到光屏上，可观察到的图样是（ ） Comment by fj: A 3． 【2012年上海高考】下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则（ ） Comment by fanjing: B 2012上海高考2 甲 乙 丙 丁 （A）甲为紫光的干涉图样 （B）乙为紫光的干涉图样 （C）丙为红光的干涉图样 （D）丁为红光的干涉图样 4． 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明暗相间的干涉条纹。现在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（ ） Comment by fj: B A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些 B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而且中央明条纹比两侧的宽些 C．只有一条与缝宽对应的明条纹 D．无条纹，只存在一片红光 5． 已知声波在空气中的传播速度为 340 m/s。现有几种声波：① 周期为 s，② 频率为 1×104 Hz， ③波长为 10 m，它们传播时若遇到宽约为 13 m 的障碍物，能产生显著的衍射现象的是（ ） A．①和② B．②和③ C．①和③ D．都可以 6． 某次光的衍射实验中，观察到如图所示的明暗相间的图样，则障碍物为（ ） Comment by fj: B A．很小的不透明圆板 B．中间有较小圆孔的不透明挡板 C．很大的不透明圆板 D．中间有较大圆孔的不透明挡板 7． 如图，某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条宽为 0.05 mm 的窄缝，利用光屏观察光的衍射现象，则他在光屏上看到的图样是（ ） Comment by fj: B 8． 【2020年上海高考】观察光的衍射现象的实验装置如图所示，用红色激光照射时得到某衍射条纹，为减小条纹宽度，可（ ） Comment by fj: B 2020年上海高考9 难度：约0.92光屏 单缝 激光器 （A）减小单缝宽度 （B）改用绿色激光照射 （C）增大单缝与光屏的距离 （D）减小激光器与单缝的距离 9． 如图，通过用两个刀片组成的宽度可以调节的狭缝观察日光灯光源时看到三个现象。在狭缝宽度逐渐变小过程中，所看到的三个图样的顺序可能是（ ） A．abc B．bca C．cab D．bac 10． （多选）用如图 1 所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图 2 所示，实验发现光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是（ ） Comment by fj: AB A．这个实验用事实证明了光具有波动性 B．圆孔变小，衍射图样的范围反而变大 C．圆孔变小，中央亮斑的亮度反而变大 D．不同波长的光对应衍射图样完全相同 11． 抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，观察激光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化（ ） Comment by fj: D 书本习题改编 （A）这里应用的是光的干涉现象 （B）这里应用的是光的偏振现象 （C）如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 （D）如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细 12． 夏天柏油路面上的反射光是偏振光，其振动方向与路面平行。人配戴的太阳镜的镜片是由偏振玻璃制的。镜片的透振方向应是（ ） Comment by fj: A A．竖直的 B．水平的 C．斜向左上45° D．斜向右上45° 13． 用如图所示的装置研究偏振现象，P1、P2 是两块完全相同的圆形偏振片，A、B 为观测点，A、B 和两块偏振片的中心共线，且偏振片与 A、B 连线垂直，两偏振片可绕 A、B 连线转动，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: C A．固定 P1，转动 P2，则 A、B 处光的强度均发生变化 B．固定 P2，转动 P1，则 A、B 处光的强度均不发生变化 C．同时转动 P1 和 P2，A 处光的强度不变，B 处光的强度可能变化 D．同时转动 P1 和 P2，A、B 处光的强度均发生变化 二、填空题 14． 光发生明显衍射的条件为障碍物或者孔的尺寸比波长________或与波长___________________；光遇到障碍物时，在波长障碍物的尺寸比光的波长_________情况下，可近似认为光是沿直线传播的。 Comment by fj: 小，差不多，大得多 2022沪科版练习册4.4.1 15． 用激光器发出的光照射一宽度可调的单缝，在缝后一定距离处设置一光屏，如图所示。调节单缝的宽度，在单缝由宽到窄的过程中，衍射现象________明显（选填“更加”或“更不”），观察到中央明条纹的宽度__________，亮度_________。（以上两格均选填“变大”、“变小”或“不变”） 激光器 单缝屏 光屏 16． 摄影师在拍摄玻璃橱窗里的陈列物时，为减弱反射光而使玻璃后的景象清晰，常在镜头前装一片_________滤光片。光的________现象说明了光是横波，光的________与_________现象说明光是一种波。 Comment by fj: 偏振，偏振，干涉，衍射 17． 如图所示是观察光的偏振现象的示意图。其中第一片偏振片 A 称为__________，其作用是把自然光变成偏振光；第二片偏振片 B 称为_________，其作用是检验光是否是偏振光。当 B 相对于 A 转动时，会看到透射光强度____________（选填“不变”或“变化”）。 Comment by fj: 起偏器，检偏器，变化 18． 如图，电灯 S 发出的光 a 穿过偏振片 A 后变为光 b，又穿过偏振片 B 而被在 P 处的人眼看到，则其中光 b 是__________（选填“自然光”或“偏振光”）；若人眼看到透过B的光最强，则将 B 转过________角度时，人眼看到的光最弱。 Comment by fj: 偏振光，90° 三、计算题 19． 如图，边长为 a 的正方形 ABCD 为一棱镜的横截面，M 为 AB 边的中点。在截面所在的平面，一光线自 M 点射入棱镜，入射角为 60°，经折射后在 BC 边的 N 点恰好发生全反射，反射光线从 CD 边的 P 点射出棱镜，求棱镜的折射率。 学科网（北京）股份有限公司 $$