高中物理 第十三章 光（第4课时）光的衍射 光的偏振教师用书 新人教版选修

系统掌握蕴含其中的马克思主义立场观点方法，要在系统学习、深刻领会、科学把握习近平教育思想上下功夫。精心组织开展学习宣传贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神知识问答活动。第4课时光的衍射光的偏振研究学考把握考情知识内容光的衍射、光的偏振考试要求加试b教学要求1.了解光的衍射现象，知道衍射条纹的特点2知道光产生明显衍射现象的条件3会用激光笔和光传感器做单缝衍射实验4能区分干涉条纹和衍射条纹5知道光的偏振现象6了解自然光与偏振光的区别7了解光的偏振的简单应用8知道光的偏振现象证明了光是横波说明1.不要求讨论衍射光栅2不要求讨论立体电影和液晶显示屏的原理基 础 梳 理1用平行光照射狭缝，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。3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。要 点 精 讲衍射图样的特点(1)单缝衍射：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。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(3)圆板衍射(泊松亮斑)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。图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】 在单缝衍射实验中，下列说法正确的是()A将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄B使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽解析当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大，A，C正确；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大，B错误；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，D正确。答案ACD基 础 梳 理1构成：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器。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。即 学 即 练关于衍射光栅，下列说法正确的是()A衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的B衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类C透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝D透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝解析对于透射光栅来说，当光照到刻痕上时，由于光发生漫反射而不能透过，故C选项错误，A、B、D正确。答案ABD基 础 梳 理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上，只沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光。3光的偏振现象表明光是一种横波。4偏振现象应用：照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示等。要 点 精 讲1偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是刻上的真实狭缝。2只要光的振动方向不与透振方向垂直，都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些。3自然光和偏振光自然光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，光振动沿某一特定方向(与偏振片透振方向一致)举列太阳、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4偏振现象的应用举例(1)在摄影中的应用：在镜头前安装一片偏振滤光片，可以阻挡反射光进入镜头。(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字。(3)夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振现象。(4)立体电影也利用了光的偏振现象。【例2】 如图3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()图3AA、B均不变BA、B均有变化CA不变，B有变化DA有变化，B不变解析白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强度相同，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，当P旋转时，只有与Q的偏振方向一致时才有光透过Q，因此B点的光强有变化，选项C正确。答案C1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暗相间的直条纹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，不存在光的衍射解析单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹。白光的衍射图样是彩色条纹。光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象。光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象。答案AC2如图4所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明、暗相间的两种条纹图样。下列判断正确的是(图中黑色表示亮条纹)()图4A甲为单缝衍射的图样 B乙为双缝干涉的图样C甲为双缝干涉的图样D乙为单缝衍射的图样解析双缝干涉图样的条纹是等宽等间距的，单缝衍射的条纹是中间宽、两侧逐渐变窄，由此可见选项A、B正确。答案AB3如图5所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO方向射向A，此时在光屏C上，透射光的强度最大，则下列说法中正确的是()图5A此时A、B的透振方向平行B只有将B绕OO轴顺时针旋转90，屏上透射光的强度才最弱，几乎为零C将A或B绕OO轴旋转90，屏上透射光的强度最弱，几乎为零D将A沿顺时针旋转180，屏上透射光的强度最弱，几乎为零解析当A、B两偏振片的透振方向平行时，光屏上光的强度最强；当二者透振方向垂直时，光屏上光的强度最弱，几乎为零，由此可知A、C选项正确。答案AC4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选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1关于衍射现象，下列说法正确的是()A泊松亮斑是光的衍射现象B当障碍物的尺寸比波长大很多时，能发生明显的衍射现象C缝的宽度越小，光的传播路线越接近直线D只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象答案A2对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是()A只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比相差不大甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象B光的衍射现象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光的衍射现象说明了光具有波动性解析光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线传播，而要出现小孔成像，孔不能太小，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，光才可以看成是直线传播的，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，故上述选项中正确的是A、B、D。答案ABD3单色光源发出的光经一狭缝，照射到光屏上，可观察到的图象是下图中()解析光的双缝干涉条纹是等间距等宽度的明暗相间的条纹，而在光的单缝衍射图样中，中间是宽度最大最亮的亮条纹，在中央亮条纹两边的亮条纹宽度越来越小，亮度也越来越低，故选项A正确。答案A4在一次观察光衍射的实验中，观察到如图1所示的清晰的明暗相间的图样(黑线为暗纹)，那么障碍物应是()图1A很小的不透明的圆板B很大的中间有大圆孔的不透明的圆板C很大的不透明的圆板D很大的中间有小圆孔的不透明的圆板解析由题图可知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，且越向外，圆形条纹宽度越小，可判断此图样为圆孔衍射图样，故选项D正确。答案D5如图2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2Aa、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x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A6关于衍射，下列说法中正确的是()A衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B双缝干涉中也存在着光的衍射现象C一切波都很容易发生明显的衍射现象D影子的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实解析干涉和衍射都是波叠加的结果，干涉中有衍射现象，衍射中也有干涉现象。当障碍物的尺寸远大于波长时，衍射现象不明显，因而形成影子，但影子的形成与衍射现象并不矛盾。答案AB7在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图3的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()图3Aa、c Bb、c Ca、d Db、d解析单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样。答案D8一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，而中央明条纹变宽些C只有一条与缝宽对应的明条纹D无条纹，只存在一片红光解析双缝为相干光源的干涉，单缝为光的衍射，且干涉和衍射的图样不同。衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样中央明条纹较宽，两侧都出现明暗相间的条纹，干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹，且亮度迅速减弱，所以本题正确选项为B。答案B9下列现象中可以说明光是横波的是()A光的干涉现象 B光的衍射现象C光的全反射现象 D光的偏振现象解析光能发生干涉和衍射现象，说明光是一种波，具有波动性；光的全反射现象，说明光由光密介质进入光疏介质和由光疏介质进入光密介质会有不同的现象；光的偏振现象说明光的振动方向与传播方向垂直，即说明光是横波，所以正确选项为D。答案D10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答案BD11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一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光与折射光线之间的夹角恰好是90时，反射光是偏振光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，可以使景象更清晰D通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹解析自然光通过第一个偏振片后形成单一振动方向的偏振光，再通过第二个偏振片时，若偏振片的透射方向与此偏振光的振动方向垂直，则无光透过第二个偏振片，若二者平行则透射光最强，故选项A反映了光的偏振现象；一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光与折射光线垂直时，反射光线和折射光线都是偏振光且偏振方向垂直，选项B反映了光的偏振；拍摄水中景物或玻璃橱窗中景物时，由于水或玻璃表面反射光较强，使所拍摄景物不清晰，在照相机镜头前装上偏振光片，使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，则有效防止反射光进入照相机，从而所拍景象更清晰，选项C反映了光的偏振；通过手指间的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象。答案ABC12如图4所示，P是竖直方向的偏振片(用实线表示透振方向)，下列四种光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光()图4A太阳光B沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光D沿与竖直方向成45角振动的光解析只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片，故A、B、D正确。答案ABD13在垂直于太阳光的传播方向上，前后放置两个偏振片P和Q。在Q的后边放上光屏，以下说法正确的是()AQ不动，旋转偏振片P，屏上光的