第4章 6 光的衍射与偏振&7 激光（Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

6　光的衍射与偏振 7　激光 [学业要求与核心素养] 物理观念 1．观察光的衍射现象，知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件；初步了解衍射光栅。 2．观察振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。 3．知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象。 4．了解激光的特性和应用。 一、光的衍射 阅读教材，并回答： 观察教材图4­6­1单缝衍射的示意图 (1)光的衍射图样有什么特点？衍射图样与干涉图样，条纹特征有什么不同之处？ (2)衍射条纹中央亮条纹与单缝宽是什么关系？ 答　(1)中央亮条纹最宽最亮　(2)单缝越窄，中央亮条纹越宽但亮度变暗 [概念·规律] 1．用单色平行光照射狭缝，当缝比较宽时，光沿着__直线__通过狭缝，当缝很__窄__时，光偏离了直线传播方向，传播到了__相当宽__的范围，这就是光的衍射。 2．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。 3．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。 二、光的偏振 1．偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，这个现象称为偏振现象。 2．光的偏振现象说明光是一种__横__波。 3．偏振片 由特定的材料制成，它有一个特殊的方向叫作透光方向。只有振动方向与透光方向平行的成分才能通过偏振片。 4．线偏振光和自然光 (1)线偏振光：如果光振动的方向限在__一个__平面，这种光叫线偏振光。 (2)自然光：通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向__不同__的线偏振光组成，称为自然光。 (3)如果在自然光(如灯光、太阳光)传播的方向上放一偏振片，其中只有那些振动方向与偏振片透光方向__平行__的成分可以通过偏振片，于是就得到了线偏振光。 三、激光 1．特性：强度__大__、方向性__好__、单色性好、相干性好。 2．应用：激光加工、全息照相、激光检测、激光通讯等。 探究点一　光的衍射 [交流讨论] 1．将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这一条狭缝去看与狭缝平行的线光源(例如教室里的日光灯管)，你看到了什么现象？ 答　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。 2．衍射图样的形状与什么有关？通过衍射图样能不能反过来推知小孔或障碍物形状？ 答　与障碍物的形状有关　能 3．光的衍射现象与光的直线传播矛盾吗？ 答　不矛盾 [归纳总结] 1．中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等。中央条纹最宽，越靠外，条纹间距越窄。 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。入射光波长越长，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。 　对于单缝衍射现象，下列说法正确的是(　　) A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮 B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显 C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线 D．入射光的波长越短，衍射现象越明显 [解析]　单缝宽度越小，衍射条纹的亮度越小，选项A错；入射光的波长越长，单缝宽度越小，衍射现象越明显，选项B对，选项C、D错。 [答案]　B [名师点拨]　对衍射现象的理解 (1)衍射现象是否明显方面：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)衍射条纹的亮度方面：小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越小。 1．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 探究点二　单缝衍射和双缝干涉的比较 单缝衍射与双缝干涉的比较 　　　名称 项目　　　 单缝衍射 双缝干涉 不同点 产生条件 只要狭缝足够小，任何光都能发生 频率相同的两列光波相遇叠加 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹间距 各相邻条纹间距不等 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 意义 都是波特有的现象，表明光是一种波 　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特有的现象，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 2．利用图所示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是(　　) A．甲对应单缝，乙对应双缝 B．甲对应双缝，乙对应单缝 C．都是单缝，甲对应的缝宽较大 D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大 解析　单缝衍射图样中心亮纹较宽，两侧亮纹宽度逐渐变窄，故甲图样为单缝衍射图样；双缝干涉图样相邻两条亮纹的宽度相同，对应乙图样，故A正确，B、C、D均错。 答案　A 探究点三　光的偏振 1．当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片。 2．当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，则仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间。 　 (多选)如图所示，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，看不到光亮，则(　　) A．图中a光为偏振光 B．图中b光为偏振光 C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮 D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮 [解析]　自然光沿各个方向振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，则选项A错误；它通过偏振片A后，即变为偏振光，则选项B正确；设通过A的光沿竖直方向振动，则偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，将B转过180°后，在P处看不到光亮，即选项C错误；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处可看到光亮，选项D正确。 [答案]　BD 3．如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是(　　) A．A、B均不变　　　　 B．A、B均有变化 C．A不变，B有变化 D．A有变化，B不变 解析　白炽灯光是自然光，包含各个方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后为偏振光，此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q，因此在旋转P时B点的光强有变化，选项C正确。 答案　C 探究点四　激光 1．激光的产生 激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。 2．激光的特点 (1)激光是人工产生的相干光，其单色性好，相干性好。 (2)激光的平行度好。从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围。 (3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。 　关于激光的应用问题，下列说法中正确的是(　　) A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的 B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点 C．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点 [解析]　由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，D错误。 [答案]　C 1．(多选)(光的衍射)对光的衍射现象的定性分析，正确的是(　　) A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象 B．衍射条纹图样是光波相互叠加的结果 C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据 D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论 答案　ABC 2．(单缝衍射与双缝干涉的比较)如图所示，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(　　) 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 3．(光的衍射)让烛火照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，则在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)(　　) A．三角形光斑　倒立的烛焰　明暗相间的圆环 B．三角形光斑　圆形光斑　倒立的烛焰 C．倒立的烛焰　圆形光斑　明暗相间的圆环 D．三角形光斑　明暗相间的圆环　倒立的烛焰 解析　当三角形孔较大时，屏上出现一个三角形光斑，随着三角形缓慢地收缩，光斑逐渐变小；当三角形孔小到一定程度时，屏上会出现倒立的烛焰；继续使三角形孔缓慢收缩，可以观察到小孔衍射图样；当孔闭合时，屏上就会一片黑暗。 答案　A 4．(多选)(光的偏振的应用)下面关于光的偏振现象的应用正确的是(　　) A．自然光通过起偏振器后成为偏振光，利用检偏振器可以检验出偏振光的振动方向 B．立体电影利用了光的偏振现象 C．茶色眼镜利用了光的偏振现象 D．拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响 答案　ABD 5．(多选)(激光的应用)激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空，激光火箭利用了激光的(　　) A．单色性好　　　　　 B．平行度好 C．高能量 D．相干性好 解析　由于激光站与火箭相距较远，为了减少能量损失，必须要求激光具有很好的平行度，同时利用激光的高能量特点。 答案　BC 学科网（北京）股份有限公司 $$