4.6.光的衍射与偏振 7.激光-【正禾一本通】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

本高中物理讲义聚焦光的衍射、偏振与激光核心知识点，从衍射现象观察（单缝、圆孔、圆盘衍射）到产生条件，从偏振光区分到激光特性及应用，构建“现象-原理-应用”学习支架，辅以情境导入、实验演示、对比表格及例题练习。 资料以生活情境（铅笔缝看日光灯、3D眼镜）导入激发兴趣，通过单缝衍射实验、偏振片转动等探究活动培养科学探究能力，对比衍射与干涉图样等归纳提升科学思维，联系激光焊接等应用体现科学态度与责任。课中辅助实验教学，课后通过针对练帮助学生查漏补缺。

6.光的衍射与偏振　7.激光 【素养目标】　1.观察光的衍射现象，知道光的衍射及产生明显衍射现象的条件。　2.用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析。　3.初步了解衍射光栅。　4.会区分自然光和偏振光。　5.知道激光与自然光的区别，了解激光的特点和应用，能将激光的特点迁移至新情境，分析解决相关问题，培养学生的迁移与质疑能力。 知识点一　光的衍射 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【情境导入】　把两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到什么？你知道这是什么现象吗？ 提示：彩色条纹；光的衍射现象。 【教材梳理】 (阅读教材P116—P117完成下列填空) 1．单缝衍射现象 (1)当单缝较宽时，光沿着直线方向通过单缝，在光屏上可以看到一条跟单缝宽度相当的亮线或(亮斑)。 (2)把单缝调窄些，可以看到屏上亮线也随之变细。 (3)当单缝调到很窄时，光通过单缝后就明显地偏离了直线传播方向，在屏上出现的不再是一条很窄的亮线，而是扩展到了相当宽的地方，并且出现了明暗相间的条纹；再调小单缝，条纹也随之变得清晰、细小。 2．光的衍射 按照直线传播的规律应该属于阴影的区域也会出现亮条纹；反之，应该属于亮区的地方也会出现暗的区域。这种现象叫作光的衍射。 3．衍射图样 衍射时产生的明暗相间的图样叫作衍射图样。 【师生互动】　实验演示：单缝衍射，如图甲所示。 　 学生用书第129页 任务1.如图乙所示，在观察单缝衍射实验时，在狭缝变窄的过程中，通过狭缝的光亮度和照射的范围如何变化？为什么？ 任务2.光的衍射现象中，明暗条纹产生的原因是什么？ 提示：任务1.当缝较宽时，通过缝的光沿直线照射到屏上的AB区域，当缝变窄时，由于通过的光变少，光能量减少，所以光的亮度降低，当缝调到很窄时，光不再沿直线传播，而是发生明显的衍射现象，所以亮纹亮度虽然降低了，但宽度反而变宽了。 任务2.原因是来自单缝或圆孔上不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时，光波加强或者削弱。 单缝衍射现象 某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝(水平)，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是(　　) 答案：D 解析：单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，A、B、C错误，D正确。 圆孔衍射与圆盘衍射的比较 某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的衍射图样。据此可以判断出(　　 ) A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样 B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样 C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大 D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大 答案：A 解析：圆孔衍射图样的中央为大亮斑，而在圆板衍射图样中，中央为大阴影，只是在大阴影背景下中心处有一个小亮斑，此即为泊松亮斑。所以，题图甲为圆孔衍射，题图乙为圆板衍射，故选A。 单缝衍射与双缝干涉的比较 (2024·四川雅安高二期末)某实验小组用自制狭缝观察光的干涉、衍射现象，在光屏上分别得到图乙、图丙两幅图样。关于P处放置的自制狭缝，下列说法正确的是(　　) A．乙对应双缝，丙对应单缝 B．乙对应单缝，丙对应双缝 C．都是单缝，乙对应的单缝较宽 D．都是双缝，丙对应的双缝间距较大 解题引导：区分干涉和衍射的关键是看条纹间距。双缝干涉为等间距明暗相间的条纹；单缝衍射中间为宽的亮条纹，两侧为明暗相间的窄条纹。 答案：A 解析：双缝干涉图样的亮暗相间的等宽条纹，单缝衍射图样的中间是宽亮条纹，两侧是明暗交替的窄条纹，所以题图乙对应的是双缝干涉，题图丙对应的是单缝衍射，故A正确。 1．三种衍射图样的比较 分类 图样 特点 单缝衍射 1.单色光：(1)中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小；中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄； (2)缝变窄，通过的光变少，而光分布的范围更宽，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，入射光的波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 2．白光：中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹最宽、最亮。 圆孔衍射 1.单色光：(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； (2)圆孔越小，中央亮条纹的直径越大，同时亮度越弱； (3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射条纹大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。 2．白光：中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。 圆盘衍射 1.中央是亮斑； 2．形成泊松亮斑时，圆盘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； 3．周围的亮环或暗环的间距随半径增大而减小。 学生用书第130页 注意：对于圆孔，只有足够小时才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏上依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射条纹)。 2．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 各相邻条纹间距相等 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 针对练1.下列现象中属于光的衍射现象的是(　　) A．雨后天空美丽的彩虹 B．阳光下肥皂膜的彩色条纹 C．光通过三棱镜产生的彩色条纹 D．对着日光灯从两铅笔缝中看到的彩色条纹 答案：D 解析：雨后天空美丽的彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射形成的，故A错误；日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹属于光的干涉，故B错误；一束白光通过三棱镜形成彩色光带属于光的折射现象，故C错误；通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹，属于单缝衍射，故D正确。 针对练2.(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是(　　) A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹 B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射 D．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 答案：AC 解析：红光的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹，A正确，B错误；光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮斑，是衍射现象，C正确；光照到大圆孔上出现大光斑，大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，D错误。 针对练3.如图所示，a、b、c、d四个图样是两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点(黑色为亮条纹，a图样的亮条纹间距比b图样大，c图样中央亮纹比d图样宽)可以得出的正确结论是(　　) A．a、b是光的衍射图样，c、d为光的干涉图样 B．a、b是光的干涉图样，c、d为光的衍射图样 C．形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短 D．在同种介质中，形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率大 答案：B 解析：双缝干涉图样的条纹是等间距的，而衍射条纹间距不相等，则知a、b是光的干涉图样，c、d是光的衍射图样，故A错误，B正确；根据Δx＝λ可知，光的波长越长，双缝干涉相邻条纹间距越大，则形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长长，故C错误；波长越长，频率越小，折射率越小，形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长长，则形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率小，故D错误。 学生用书第131页 知识点二　光的偏振 【情境导入】　电影《阿凡达》《战狼2》都是立体电影，放映时通过两台放映机，同步放映两组胶片，观众戴上特制的“3D”眼镜观看，就会产生立体感，使观众有身临其境的体验，若不戴上述眼镜，则看到银幕上的画面就会出现重影而模糊不清。“3D”眼镜应用了什么原理？ 提示：应用了光的偏振现象。 【教材梳理】 (阅读教材P118—P119完成下列填空) 1．偏振：当狭缝的方向与绳的振动方向相同时，绳上横波可以传过去；狭缝的方向与绳的振动方向垂直时，绳上的横波就不能通过了，这种现象叫作偏振。 2．线偏振光：振动的方向限在一个平面内的光。 3．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。 4．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。 5．光的偏振现象证明了光是横波。 【师生互动】　下面三个图甲、乙、丙是研究光的偏振现象时的三个情景。 任务1.对于图甲过程，在光源与光屏之间放上一个偏振片P，光屏上的明暗程度相比不放偏振片会不会发生变化？为什么？ 任务2.对于图甲过程，再转动偏振片P，光屏上的明暗程度会不会发生变化？为什么？ 任务3.对于图乙、丙过程，固定偏振片P，转动偏振片Q，光屏上光的亮度为什么会发生周期性变化？ 提示：任务1.会发生变化。白炽灯发出的光是自然光，由于偏振片P的存在，到达光屏的光只剩下沿某个方向振动的线偏振光。 任务2.不会。在图甲中，白炽灯发出的光是自然光，由于自然光沿各个方向振动的光的强度相同，因此在图甲中转动偏振片P时，只改变线偏振光的振动方向，不改变线偏振光的能量，光屏上光的明暗程度不会发生变化。 任务3.在图乙和图丙中，偏振片P称为起偏器，偏振片Q称为检偏器。白炽灯发出的自然光经偏振片P后只剩下沿其透光方向振动的光，如果偏振片Q透光方向与偏振片P透光方向相同，则有光到达光屏上，光屏被照亮；如果偏振片Q与偏振片P透光方向相互垂直，则不会有光到达光屏上，光屏变暗。因此，固定偏振片P，转动偏振片Q时，光屏上光的亮度会发生周期性变化。 (2024·江苏苏州高二期末)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光为线偏振光 B．图中b光为线偏振光 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处仍看不到光亮 答案：B 解析：从电灯直接发出的光为自然光，题图中a光为自然光，故A错误；它通过A偏振片后，变为线偏振光，所以b光为线偏振光，故B正确；人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，说明A、B两个偏振片的透振方向是互相垂直的，以SP为轴将B转过180°后，并没有改变B的透光方向，所以在P处仍然看不到光亮，故C错误；以SP为轴将B转过90°后，B透光方向刚好与A的透振方向平行，通过偏振片A的光线也能透过偏振片B，在P处可以看到光亮，故D错误。 1．偏振片及其透光方向 偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特殊的方向，只有沿着这个特殊方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透光方向”。 学生用书第132页 2.对光的偏振现象的理解 (1)偏振光的光振动沿某一特定方向，自然光的光振动沿所有方向且强度相同。 (2)偏振光的振动方向与偏振片的透光方向是否一致影响着透射光的强度，当两者平行时，透射光的光强最大；当两者垂直时，透射光的光强最小。 (3)获得偏振光的两种方式 ①让自然光通过偏振片； ②自然光射到两种介质的分界面上，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。 (4)光的偏振现象表明光是横波。 3．自然光和线偏振光 — 自然光 线偏振光 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光 光的振动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿某一特定方向(与偏振片透光方向一致) 举例 太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光 自然光在介质表面反射和折射形成的光 针对练1.(多选)关于光的偏振，下列说法正确的是(　　) A．自然光通过偏振片后，就得到了线偏振光 B．拍摄水面下的景物时，加偏振片可使像更清晰 C．所有的波都具有偏振现象 D．立体电影是应用光的偏振的一个实例 答案：ABD 解析：自然光通过偏振片后，从而得到在某一方向振动的光，这就是线偏振光，故A项正确；拍摄水面下的景物时，为防止反射光的干扰，所以在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响，故B项正确；只有横波才能发生偏振现象，故C项错误；立体电影的制作利用了光的偏振现象，放映的时候也是用双镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振光片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振光片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，故D项正确。 针对练2.如图所示，一束自然光通过偏振片照射到光屏上，则图中光屏上没有发亮的是(偏振片上的箭头表示其透振方向)(　　) 答案：C 解析：自然光通过偏振片后成为线偏振光，当线偏振光的振动方向与偏振片的透光方向平行时能够通过，垂直时不能通过。故选C。 知识点三　激光的特性及其应用 【情境导入】　激光武器是一种定向能武器，利用强大的定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效。它是利用高亮度强激光束携带的巨大能量摧毁或杀伤敌方飞机、导弹、卫星和人员等目标的高技术新概念武器。激光武器利用了激光的哪些特性？ 提示：激光武器利用了激光的单色性好、方向性好、强度大等特性。 【教材梳理】 (阅读教材P121—P124完成下列填空) 特性 应用 强度大、方向性好、单色性好 激光加工、激光医学 相干性好、覆盖波段宽而且可调谐 激光检测、激光全息照相、激光通信、激光照排 【师生互动】　激光在各个领域有广泛的应用。如激光理疗、组织焊接、激光刀切割、激光美容、激光武器等。 学生用书第133页 任务1.什么是激光？ 任务2.激光是自然光吗？ 任务3.激光有哪些特点？ 提示：任务1.频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波就是激光。 任务2.激光是人工产生的相干光，是自然界中不存在的光源。 任务3.强度大、方向性好、单色性好、相干性好、覆盖波段宽而且可调谐。 关于激光的应用，下列说法正确的是(　　) A．光纤通信是应用激光方向性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强度大的特点 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强度大的特点 答案：C 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方向性好，B错误；医疗中用激光做“光刀”利用了激光的强度大的特点，C正确；激光测距利用的是激光的方向性好的特点，D错误。 1．激光的特性 (1)相干性好：激光的频率单一，相干性非常好，用激光做衍射、干涉实验，效果很好。 (2)方向性好：从激光器发出的激光具有极好的方向性，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)强度大：激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，所以亮度高。 (4)单色性好：光的颜色是由光的波长决定的，而光都会有一定的波长范围。其波长范围越窄，表现出来的单色性就会越好。对于普通的光源，由于谱线宽度比较大，频率范围过宽，表现出来的颜色就会比较杂。激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。 (5)覆盖波段宽而且可调谐：用不同类型的激光器已经获得从X射线到远红外波段的激光，这为深入探索物质结构等复杂问题提供了条件，人们利用各种物理效应，制造出了不同类型的可调谐激光器，像无线电波那样进行调制，用来传递信息。 2．激光的应用 (1)激光雷达——利用激光的方向性好。 (2)读盘——利用激光的方向性好。 (3)医用激光刀——利用激光的强度大。 (4)切割金属等难熔物质——利用激光的强度大。 (5)激光育种——利用激光的强度大。 (6)引起核聚变——利用激光的强度大 。 (7)作为干涉、衍射的光源——利用其相干性好。　　 针对练1.(多选)关于激光，下列说法正确的是(　　) A．激光是用人工方法激发的一种特殊的光 B．自然界中某些天然物体也可以发出激光 C．激光可以像刀子一样切除肿瘤 D．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象 答案：AC 解析：激光是用人工方法激发的一种特殊的光，是人工产生的，不是天然光，A正确，B错误；激光强度大，能量集中，可以像刀子一样切除肿瘤，C正确；激光和自然光一样能发生衍射现象，D错误。 针对练2.(多选)(2024·山东潍坊高二期中)激光的诞生是一件大事，它使得人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。下列激光的特性及其应用，正确的是(　　) A．医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性 B．实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光相干性好 C．激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的方向性好 D．激光束很容易给坚硬的材料打孔，是利用激光的强度大 答案：BCD 解析：医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的强度大的特点，A错误；实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光相干性好的特点，B正确；激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的方向性好，C正确；激光束很容易给坚硬的材料打孔，是利用激光的强度大的特点，D正确。 学生用书第134页 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．单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的条纹 D．光照到较大圆孔上时，屏上出现大光斑，不存在光的衍射 答案：C 解析：衍射现象不论波长与障碍物或小孔的尺寸如何，都会发生，只是当光的波长与障碍物的尺寸相近时或者遇到小于该光波长的障碍物时，才会发生明显的衍射，故A、B错误；单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的条纹，故C正确；屏上大光斑的边线很模糊，是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，故D错误。 2．(2024·陕西宝鸡期末)在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜，是利用了激光的(　　) A．单色性好 B．方向性好 C．强度大 D．相干性好 答案：C 解析：在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜，是利用了激光的强度大的特点，故C正确。 3．将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过。如果将其中的一个偏振片逐渐旋转180°，在旋转过程中，透过偏振片的光(　　) A．先增强，然后又减弱到零 B．先增强，然后减弱到非零的最小值 C．在整个过程中都增强 D．先增强，再减弱，然后又增强 答案：A 解析：将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过，说明两个偏振片的透振方向相互垂直，当其中一个偏振片逐渐旋转90°的过程中，透振方向逐渐变为相同，透过偏振片的光逐渐变为最强，再逐渐旋转90°的过程中，透振方向逐渐变为垂直，透过偏振片的光逐渐减弱到零，故选项A正确。 4．(选自鲁科版教材章末练习)(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．一束自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是线偏振光 C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振光片可使成像更清晰 D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹 答案：AC 解析：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，当看到透射光的强度发生变化时，则说明光的振动方向与传播方向相垂直，能反映光的偏振特性，故A正确；一束自然光入射到两种介质的表面时，一定有反射光线，如果折射光线与反射光线垂直，反射光与折射光都为线偏振光，且偏振方向相互垂直，如果不垂直，不是线偏振光，故B错误；在日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振光片，由于反射光太强，线偏振光强，加偏振片可以将反射的线偏振光过滤，使成像清晰，故C正确；通过手指间缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象，而不是偏振现象，所以D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $