1、5 光的衍射光的衍射 6 光的偏振光的偏振 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件.2.知道衍射条纹的特点.3.知 道光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别 科学思维： 1.会区分衍射条纹和干涉条纹.2.能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象 科学探究：通过观察光的偏振实验，了解光的偏振现象，加深对偏振的理解 一、光的衍射 1用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了 相当宽的地方这就是光的衍射现象 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
2、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 4衍射光栅 (1)构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件 (2)增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加 (3)种类：透射光栅和反射光栅 二、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特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺 利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向” 2自然光和偏振光 (1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的 光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同这种光是“自然光” (2)偏振光：在垂直于传播方向的平面
3、上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光 3光的偏振现象说明光是一种横波 4偏振现象的应用 照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示、立体电影、车灯眩光的消除等 1判断下列说法的正误 (1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的( ) (2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象( ) (3)横波和纵波都能产生偏振现象( ) (4)自然光通过偏振片可以获得偏振光( ) 2下列四幅图片中属于光的干涉的是_，属于光的的衍射的是_ 答案 a b、d 一、光的衍射 (1)让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越 来越小，观察照在屏幕上光斑的变化缝宽大
4、约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条 纹有什么变化？ (2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现 象？ 答案 (1)大约 0.4 mm 时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度 逐渐减弱 (2)会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环 三种衍射图样的特点 1单缝衍射 (1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹中央条纹最宽最亮， 两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹 (2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹 宽，条纹间距大 2圆孔衍
5、射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环如图 1 所示 图 1 图 2 3圆板衍射(泊松亮斑) (1)若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑， 这就是著名的泊松亮斑衍射图样如图 2 所示 (2)中央是亮斑，圆板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 例 1 (多选)(2017 南通高二检测)关于光的衍射现象，下面说法正确的是( ) 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
6、射 答案 AC 解析 红光照到狭缝上产生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， 光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，是衍射现象，光的衍射现象只有明显与 不明显之分， D 项屏中大光斑的边缘模糊， 正是光的衍射造成的， 不能认为不存在衍射现象 二、单缝衍射与双缝干涉的比较 1不同点 (1)产生条件 单缝衍射：只要狭缝足够小 双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加 (2)图样 单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹， 两侧亮条纹变暗变窄 双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹 2相同点 (1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果 (2)都是波特有的现象，
7、表明光是一种波 例 2 (2018 厦门一中高二下学期期中)如图 3 所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、蓝 光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的 衍射图样(黑色部分表示亮条纹)则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是 ( ) 图 3 A红黄蓝紫 B红紫蓝黄 C蓝紫红黄 D蓝黄红紫 答案 B 解析 双缝干涉条纹平行等距，且波长越长，条纹间距越大，而红光波长比蓝光波长长，故 第一幅图为红光，第三幅图为蓝光；又由于黄光波长比紫光波长长，故第四幅图为黄光的衍 射图样，第二幅图为紫光的衍射图样 学科素养 例 2 分辨了衍射和干涉图样宽度上：双缝干
8、涉的条纹是等宽等间距的，而单 缝衍射的条纹是中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄；亮度上：双缝干涉条纹从中央亮往两侧 亮度变化很小；而单缝衍射的中央条纹最亮，两侧逐渐变暗，在分辨过程中提高了学生的综 合分析能力， 这是对基于事实建构的物理模型的应用过程， 体现了“科学思维”的学科素养 针对训练 (多选)如图 4(a)所示是做双缝干涉实验的示意图先做操作 1：用两块不同颜色的 滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分和； 接着再做操作 2： 用不透明的挡板挡住 b 缝 若 两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，则( ) 图 4 A完成操作 1 后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹 B完成操
9、作 1 后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹 C完成操作 2 后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹 D完成操作 2 后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹 答案 AD 解析 题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样，再根据条纹宽度的有关因素分 析即可题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹，再根据条纹宽度的有关 因素进行分析即可操作 1 是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)图案，由 图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A 正确；操作 2 是单缝衍 射，条纹间距不相
10、等，光屏上为题图(c)图案，再结合波长关系可知 D 正确 三、光的偏振 如图所示，取一个偏振片 P，让阳光通过偏振片 P，在 P 的另一侧观察，可以看到偏振片是 透明的；在偏振片 P 的后面再放置另一个偏振片 Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片 Q，会 看到什么现象？这说明什么？ 答案 会看到在旋转 Q 时光的亮度发生变化 偏振片的作用类似于狭缝的作用，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过当偏振片 Q 与 P 的透振方向平行时，穿过 Q 的光最强；当 Q 与 P 的透振方向垂直时，光不能透过 Q. 对偏振方向与透振方向的理解 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
11、沿着这个方向 振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向” (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 例 3 (多选)如图 5 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( ) 图 5 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
12、将 B 转过 90 后，在 P 处将看到光亮 答案 BD 解析 自然光在垂直于传播方向的平面内， 沿各个方向的振动是均匀分布的， 通过偏振片后， 透射光是只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，故 A 错；它通过偏 振片 A 后，即变为偏振光，故 B 对；设通过 A 的光沿竖直方向振动，而偏振片 B 只能通过沿 水平方向振动的偏振光，则 P 点无光亮，以 SP 为轴将 B 转过 180 后，P 处仍无光亮，故 C 错；以 SP 为轴将 B 转过 90 后，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则 偏振光能通过 B，即在 P 处有光亮，故 D 对. 1(光的衍射)(多选
13、)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 解析 根据光的衍射现象的定义可知选项 A 正确；衍射图样中有亮、暗条纹，这是光波相互 叠加的结果， 加强区为亮条纹， 减弱区为暗条纹， 选项 B 正确； 因为衍射也是波特有的现象， 所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项 C 正确；当障碍物较大时，光 的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的， 选项 D 错误 2
14、(单缝衍射与双缝干涉的比较)如图 6 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( ) 图 6 Aa、b 是光的干涉图样 Bc、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 答案 A 解析 干涉条纹是等间距的条纹，因此题图 a、b 是干涉图样，题图 c、d 是衍射图样，故 A 项正确，B 项错误；由公式 xl d 可知，条纹宽的入射光的波长长，所以题图 a 图样的光的 波长比题图 b 图样的光的波长长，故 C 项错误；题图 c 图样的光的波长
15、比题图 d 图样的光的 波长长，故 D 项错误 3(光的衍射)让烛光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 答案 A 解析 当三角形孔较大时， 屏上出现一个三角形光斑， 如图甲所示， 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，如图乙所示；继续使 三角形孔缓慢收缩，可以观察到小孔衍射图样；
16、当孔闭合时，屏上就会一片黑暗 4(光的偏振的应用)(多选)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(光的偏振的应用)(多选)鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标， 可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量偏振光通过糖的水溶液后，偏振 方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度 ，这一角度 称为“旋光度”， 的值只 与糖溶液的浓度有关，将
17、 的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了如图 7 所示，S 是自然光源，A、B 是偏振片，转动 B，使到达 O 处的光最强，然后将被测样品 P 置于 A、B 之间，则下列说法中正确的是( ) 图 7 A到达 O 处的光的强度会明显减弱 B到达 O 处的光的强度不会明显减弱 C将偏振片 B 转动一个角度，使得 O 处光的强度仍为最大，偏振片 B 转过的角度等于 D将偏振片 A 转动一个角度，使得 O 处光的强度仍为最大，偏振片 A 转过的角度等于 答案 ACD 解析 自然光通过偏振片后得到振动方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被 测样品后，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度 ，到 达 B 的光的偏振方向与 B 的透振方向不完全一致， 故 O 处光的强度会明显减弱， 故 A 正确， B 错误；若将 A 或 B 转动一个角度，使得 O 处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于 ，故 C、D 都正确.
