第四章 5-6.光的衍射&光的偏振 激光-（配套练习）【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（人教版）

5.光的衍射　6.光的偏振　激光 学习目标 1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件。知道单缝衍射、圆孔衍射、衍射光栅及圆盘衍射（泊淞亮斑）的特点。 2.知道光的偏振现象，知道光是一种横波。知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识解释生活中的一些有关光学现象。 3.了解激光的特点和应用。 知识点一　光的衍射和衍射光栅 情境：如图所示，用单色平行光照射一狭缝宽度可调的挡板，在狭缝后面放置一光屏。当狭缝较宽时，观察到屏上是一条亮的光带，光带的宽度符合光的直线传播规律；当狭缝不断变窄时，观察到屏上会出现中央亮且宽、两边对称分布、明暗相间的光带，整个图样远大于光通过狭缝时按照直线传播所能照亮的区域。 问题：以上情境说明狭缝宽度很小时，光的直线传播规律还适用吗？ 1.光的衍射现象：光通过很小的狭缝（或圆孔）时，光没有沿　　　　传播，它绕过了狭缝（或圆孔）的边缘，传播到　　　　　的地方的现象。 2.明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸足够　　　。 3.衍射图样：衍射时产生的　　　　　　　　。 4.单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现　　　　相间的条纹，中央为　　　条纹，中央条纹最宽、最亮，其余条纹变窄、变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现　　　　条纹，中央为白条纹。 5.圆孔衍射：光通过小孔时（孔很小）在屏幕上会出现　　　　相间的圆环。 6.衍射光栅 （1）定义：由许多　　　　的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。 （2）分类：①透射光栅；②反射光栅。 【易错辨析】 1.红光的单缝衍射图样是亮暗相间的红色直条纹。（　　） 2.白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹。（　　） 3.单色光的圆孔衍射，中央为大且亮的圆斑，周围为亮暗相间且等间距的同心圆。（　　） 1.光的衍射与光的直线传播的关系 （1）光的直线传播只是一个近似的规律，当障碍物或狭缝的尺寸很大时，衍射现象不明显，光可以看成沿直线传播。 （2）在障碍物或狭缝的尺寸与入射光的波长接近或比入射光的波长还小时，光会发生明显的衍射现象。 2.单缝衍射与圆孔衍射图样的比较 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：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）白光：中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。波长越大，中央圆形亮斑的直径越大 【例1】　（光的衍射现象的理解）〔多选〕下列关于光的衍射现象的说法正确的是（　　） A.只有障碍物或孔的尺寸与光的波长相当，甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象 B.光的衍射图样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.只有单色光才能产生衍射现象 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例2】　（ 单缝衍射与双缝干涉的比较）〔多选〕如图所示的四种明暗相间的条纹，是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样。图中黑色部分代表亮条纹，下列判断正确的是（　　） A.图甲是红光的双缝干涉图样 B.图乙是紫光的双缝干涉图样 C.图丙是紫光的单缝衍射图样 D.图丁是红光的单缝衍射图样 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 规律总结 单缝衍射与双缝干涉的比较 　　种类 项目　　 单缝衍射 双缝干涉 图样 不同点 产生 条件 狭缝足够小（发生明显衍射） 频率相同的两列光波相遇叠加 条纹宽度 条纹宽度不等，中央条纹最宽 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，越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 【例3】　（圆孔衍射）（2025·广东肇庆期末）如图所示，甲、乙两图是同一单色光分别透过孔径为d甲和d乙的两圆孔后在光屏上形成的图样，则（　　） A.d甲＞d乙 B.d甲＝d乙 C.d甲＜d乙 D.无法判断 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 知识点二　光的偏振及应用 情境：立体电影放映时需要通过两台放映机，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“3D”眼镜，则看到银幕上的画面就会出现重影而模糊不清。 问题：“3D”眼镜应用了什么原理？ 1.偏振 （1）不同的横波，即使　　　　方向相同，　　　　方向也可能不同，这个现象称为偏振现象。 （2）横波的　　　　方向称为偏振方向。 （3）偏振现象是　　　波的特有现象，　　　波没有偏振现象。 2.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　　　　的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利　　　　偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作“透振方向”。 （2）自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在　　　　于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的　　　　都相同。 （3）偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个　　　　　　　振动的光。 3.偏振现象的应用 光的偏振现象有很多应用。例如，拍照时为了消除水面、玻璃表面的反射光的干扰，在镜头前安装一片　　　　　　　，让它的透振方向与反射光的偏振方向　　　　，减弱了反射光进入镜头。 【易错辨析】 1.横波和纵波都能产生偏振现象。（　　） 2.自然光通过偏振片可以变成偏振光。（　　） 3.能通过某偏振片的光的振动方向一定与其“透振方向”垂直。（　　） 1.光的偏振现象表明光是一种横波。 2.偏振片和透振方向：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，只有沿着这个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。 3.自然光与偏振光的比较 自然光 偏振光 不同点 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过起偏器后的光或由某种介质反射或折射的光 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波的强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向（与起偏器透振方向一致） 相同点 不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直 【例4】　（光的偏振的理解）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AB连线垂直，两偏振片可绕AB连线转动，下列说法正确的是（　　） A.固定P1，转动P2，则A、B处光强均发生变化 B.固定P2，转动P1，则A、B处光强均不发生变化 C.同时转动P1和P2，A处光强不变，B处光强可能变化 D.同时转动P1和P2，A、B处光强均发生变化 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例5】　（光的偏振的应用）夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前挡玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与对面灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前挡玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施可行的是（　　） A.前挡玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的 B.前挡玻璃和车灯玻璃的透振方向都是竖直的 C.前挡玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45° D.前挡玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45° 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例6】　（自然光与偏振光的比较）〔多选〕关于自然光和偏振光，以下说法正确的是（　　） A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同 B.偏振光是在垂直于传播方向的平面上、只沿着某一特定方向振动的光 C.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光 D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 知识点三　激光的特点及其应用 情境：图甲为普通探照灯夜晚发出的光束，图乙为激光灯夜晚发出的光束。 问题：比较二者发出的光束有什么不同？ 1.激光：激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的频率　　　　、相位差　　　　、振动方向一致。 2.激光的特点 （1）高度的相干性：激光是人工产生的相干光，其单色性好、　　　　　好。激光的频率单一、颜色特别纯。用激光做衍射、干涉实验，效果很好。 （2）平行度好：从激光器发出的激光具有极好的　　　　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　　　　。 【易错辨析】 1.由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象。（　　） 2.激光武器利用了激光相干性好的特性。（　　） 3.医学上的“激光刀”利用了激光的亮度高、方向性好的特性。（　　） 激光的特点及应用 特点 性质 应用 相干性 激光具有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信 平行度 激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度 进行精确的测距；读取光盘上记录的信息等 亮度高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等 【例7】　（激光的理解）〔多选〕2023年诺贝尔物理学奖授予了三位杰出的科学家，以表彰他们在阿秒激光技术领域的卓越贡献。下列关于激光的说法正确的是（　　） A.激光具有良好的单色性，光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物 B.激光是由自然界中某种物质直接发光产生的 C.激光束很容易给坚硬的材料打孔，是因为激光的亮度高 D.激光能够比较精确地测量地球与月球之间的距离，是因为激光的平行度好 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　 【例8】　（激光的应用）〔多选〕关于激光的应用，下列说法中正确的是（　　） A.光纤通信是应用激光相干性好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递 B.计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的 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 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 圆盘衍射——障碍物的衍射现象 各种不同形状的障碍物也能使光发生明显的衍射现象，使障碍物的阴影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。亮斑外围是明暗相间的圆环。 （1）圆盘衍射图样中的亮环或暗环间距随圆盘半径增大而减小，如图所示。 （2）圆盘衍射与圆孔衍射的图样中心均为亮斑，但圆盘衍射产生的泊松亮斑较小。 【典例1】　（2025·湖南湘西期末）当单色光照射直径恰当的不透光小圆板时，会在小圆板后面的光屏上出现环状的互为同心圆的条纹，并且在同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑，这个亮斑被称为泊松亮斑，如图所示。下列说法正确的是（　　） A.泊松亮斑是光发生干涉现象形成的 B.泊松亮斑说明光具有粒子性 C.当照射光的波长不变时，小圆板的直径越大越容易观察到泊松亮斑 D.当小圆板的直径不变时，照射光的波长越大越容易观察到泊松亮斑 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【典例2】　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a、b所示的衍射图样，据此可以判断出（　　） A.图a、b都是光线射到圆孔后的衍射图样，图a中孔的直径较大 B.图a、b都是光线射到圆板后的衍射图样，图b中板的直径较大 C.图a是光线射到圆孔后的衍射图样，图b是光线射到圆板后的衍射图样 D.图b是光线射到圆孔后的衍射图样，图a是光线射到圆板后的衍射图样 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 课堂小结 1.（光的衍射现象）〔多选〕下列现象中由光的衍射产生的是（　　） A.泊松亮斑 B.阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑 C.阳光经凸透镜后形成的亮斑 D.平行光照在一个障碍物上，影的轮廓模糊不清 2.（光的衍射图样）在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝（灯管或灯丝都要平行于狭缝），可以看到（　　） A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹 C.彩色的直条纹 D.彩色弧形条纹 3.（光的偏振）（鲁科版选择性必修第一册P146·T2）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 4.（激光）〔多选〕最近几年，激光因其多种独特属性被广泛应用到工业、医疗、商业、科研、信息和军事等领域中。关于激光，下列说法正确的是（　　） A.激光平行度好，可以用来测量月球到地球的距离 B.激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉 C.激光是人工制造的，是原子受激辐射的光，不是偏振光 D.激光全息照相是利用光的干涉记录物体三维图像的信息 提示：完成课后作业　第四章　5.6. 7 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.光的衍射　6.光的偏振　激光 知识点一 情境导入 提示：不适用。 新知导读 1.直线　相当宽　2.小　3.明暗相间条纹 4.明暗　亮　彩色　5.明暗　6.（1）等宽 易错辨析 1.√　2.×　3.× 知识点二 情境导入 提示：应用了光的偏振现象。 新知导读 1.（1）传播　振动　（2）振动　（3）横　纵 2.（1）特定　通过　（2）垂直　强度　（3）特定的方向 3.偏振滤光片　垂直 易错辨析 1.×　2.√　3.× 知识点三 情境导入 提示：普通探照灯发出的光束是发散的、照射范围大、距离比较近；激光灯发出的光束几乎不发散、照射距离很远。 新知导读 1.相同　恒定　2.（1）相干性　（2）平行　（3）能量 易错辨析 1.×　2.×　3.√ 知识点一 【例1】　AB　光的衍射条纹是由于来自不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果，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，衍射现象不明显，光才可以看成是沿直线传播的，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，任何光都能发生衍射，只是明不明显的区别，只有障碍物或孔的尺寸与光的波长相当，甚至比波长还要小的时候，衍射现象才明显，故选A、B。 【例2】　AD　单色光的双缝干涉的图样是明暗相间、等间距的条纹，根据条纹间距公式Δx＝λ可知波长λ越长，Δx越大，因此，题图甲是红光的双缝干涉图样，题图丙是紫光的双缝干涉图样，故A正确，C错误；单色光的单缝衍射条纹中间明亮且宽度大，越向两侧宽度越小且亮度越暗；波长越长，中央亮条纹就越宽，故题图乙是紫光的单缝衍射图样，题图丁是红光的单缝衍射图样，故B错误，D正确。 【例3】　C　根据图样可知，图甲发生了明显的光的衍射现象，图乙图样的形成是光的直线传播，根据发生明显衍射现象的条件可知，图甲中孔径的尺寸与光的波长相差不多，而图乙中光发生直线传播，孔径的尺寸比光的波长大得多，因此有d甲＜d乙，故选C。 知识点二 【例4】　C　自然光沿着各个方向振动的光波强度均相同，故无论是否转动P1，A处光强不变，故A、D错误；若转动P1，固定P2，当两偏振片的狭缝平行时，B处光强最大，当狭缝垂直时，B处光强最小，故B处光强发生变化，B错误；同时转动P1和P2，A处光强不变，当两偏振片的转速相同时，B处光强不变，当两偏振片转速不同时，B处光强变化，故B处光强可能变化，C正确。 【例5】　D　若前挡玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平，从车灯发出的光经物体反射后将不能透过前挡玻璃，司机面前将是一片漆黑，A错误；若前挡玻璃与车灯玻璃的透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼，B错误；若前挡玻璃透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透进本车车内，却可以透进对面的车内，C错误；若前挡玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°，则车灯发出的光经物体反射后可以透进本车车内，且不可以透进对面的车内，D正确。 【例6】　BD　自然光沿各个方向振动的光波的强度相同，故A错误；偏振光是在垂直于传播方向的平面上、只沿着某一特定方向振动的光，故B正确；自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后不能还原为自然光，故C错误；太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光，故D正确。 知识点三 【例7】　ACD　激光具有良好的单色性，光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，故A正确；激光是人造光，自然界中无法直接产生，故B错误；激光束很容易给坚硬的材料打孔，是因为激光的亮度高、强度大、能量集中，故C正确；激光能够比较精确地测量地球与月球之间的距离，是因为激光的平行度好，故D正确。 【例8】　ABC　光纤通信主要利用激光的相干性好的特点对信号进行调制，故A正确；计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点，故B正确；医疗中用激光作“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点，故C正确；激光测距是利用的是激光的平行度好的特点，故D错误。 【素养培优】 【典例1】　D　泊松亮斑是光发生衍射现象形成的，故A错误；衍射是波所具有的特性，泊松亮斑证实的是光的波动性，故B错误；只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象。当照射光的波长不变时，小圆板的直径越大越不容易观察到泊松亮斑；当小圆板的直径不变时，照射光的波长越大越容易观察到泊松亮斑，故C错误，D正确。 【典例2】　C　用激光束照射圆孔和不透明圆板后，在圆孔后形成明暗相间的、不等亮、不等间距的圆环，在不透明圆板背后阴影中心有一个亮斑，则知图a是光线射到圆孔后的衍射图样，图b是光线射到圆板后的衍射图样，故C正确，A、B、D错误。 【随堂演练】 1.AD　选项A、D中的现象是由光的衍射产生的。选项B中的现象是由小孔成像产生的。选项C中的亮斑是由于光的折射作用而形成的。故A、D正确，B、C错误。 2.C　通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝（灯管或灯丝都要平行于狭缝），白炽灯发出的是复色光，可以看到间距不同的、彩色的衍射条纹，条纹与狭缝平行，为彩色的直条纹，故C正确，A、B、D错误。 3.A　灯发出的光是自然光，将两个紧靠在一起的偏振片放在灯的前面，此时没有光通过，说明两个偏振片的偏振方向是相互垂直的，当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的偏振方向由相互垂直到平行再到垂直，所以通过偏振片的光强先增强，然后又减弱到零。故A正确，B、C、D错误。 4.AD　激光平行度好，易直线传播，故可以用来测量月球到地球的距离，A正确；激光相干性好，只有频率相同的两束激光才会发生干涉，B错误；激光是人造光，是原子受激辐射的光，也是偏振光，C错误；激光全息照相是利用光的干涉记录物体三维图像的信息，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $