高二物理5.2 光的衍射、5.3 光的偏振鲁教版知识精讲

1、高二物理 5.2 光的衍射、5.3 光的偏振鲁教版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 5.2 光的衍射、5.3 光的偏振 5.2 光的衍射 1. 观察光的衍射现象。 2. 知道产生衍射的条件。 3. 了解衍射光栅及其应用。 学习过程 1. 光的衍射现象 （1）光遇到不同的障碍物时所呈现的衍射图样各不相同，但有共同的一点，就是 被光照亮的区域超过了它沿直线传播所能到达的区域，也就是说光的传播偏离了直 线传播的路径。 （2）两种衍射图样： 小孔衍射：明暗相间的同心圆环，越向外，环间距离越小。 单缝衍射：明暗相间的平行条纹，中央条纹较宽，两侧条纹较窄 若用白光做单缝衍射实验，则中央亮处为白色。 2

2、. 产生明显衍射现象的条件 （1）条件：小孔、狭缝或障碍物的尺寸与波长相差不多。 （2）说明：光的衍射条件不能理解为是否产生衍射，而是光的衍射现象是否明显， 光遇到任何尺寸的障碍物都能产生衍射现象，只是明显程度不同。 3. 光沿直线传播是一种近似规律 衍射现象是波动性最基本的表现之一。它说明在光的传播过程中，只有当孔、缝等 障碍物的大小比起光波的波长大许多时，光才是近似沿直线传播。当障碍物尺寸与 光的波长相近时，衍射现象就十分明显了，这时就不能说光沿直线传播了。 泊松亮斑更有力地证明了光的波动说。 4. 衍射现象对光学仪器分辨率的影响 光学仪器上用的透镜就相当于一个圆孔。一个光学仪器的分辨本领

3、，就是这个仪器 能够把彼此靠近的物体的像分离开来的能力。透镜的直径越小，产生的衍射现象越 明显，分辨本领就越低。要有效地提高分辨本领，应选用波长更短而不容易发生衍 射现象的电子显微镜或离子显微镜。 5. 衍射现象的实质 （1）衍射条纹的产生：是由于孔或缝上不同部分发出的光干涉造成的。 （2）衍射现象的实质：不是指产生了衍射条纹，而是指条纹所达到的范围超过了 光沿直线传播所应照亮的面积。 （3）衍射的明显程度：是将光沿直线传播所能到达的区域与偏离直线传播所到达 的区域相比较来说的。 5.3 光的偏振 1. 观察光的偏振现象。 2. 了解偏振现象的应用。 学习过程 1. 波的偏振现象 对于振动方向

4、能看得见的波，如绳波和弹簧波等，是横波还是纵波能够直接判定， 对于振动方向看不见的波，是横波还是纵波必须通过实验来判定。偏振现象是判定 波是纵波还是横波的有效方法之一。 对用偏振现象来检验某列波是纵波还是横波的原理可以这样理解：当波的振动方向 与狭缝平行时，振动质点不与狭缝边沿发生作用，波的能量不被吸收，所以能顺利 通过；当波的振动方向与狭缝垂直时，振动质点与狭缝边沿发生作用，波的能量被 吸收，所以不能通过。 2. 光的偏振现象 光的偏振现象是：当光先后通过两个透振方向相互垂直的偏振片时，透射光的强度 几乎为零，这说明光是横波。关于这一现象应从如下几个方面理解： （1）光通过第一个偏振片时，变

5、成了振动方向与透振方向平行的偏振光。 （2）光到达第二个偏振片时，由于其振动方向与第二个偏振方向垂直，所以透射 光的强度几乎为零。 （3）光通过第二个偏振片时透射光的强度并不完全为零，说明光振动并不是只存 在两个互相垂直的方向。 3. 自然光与偏振光 （1）自然光：自然光的一般概念是“光振动沿各个方向均匀分布的光” ，即包含垂 直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强度都相同。 （2）偏振光：偏振光的一般概念是“光振动沿不同方向分布不均匀的光” ，包括两 种情况，一种是只有沿单一方向振动的光，通常称为完全偏振光，即线偏振光；另 一种是包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的

6、光，但沿不同方向振动的光波的强 度都不同，这种光通常称为部分偏振光。 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， 而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。 自然光通过偏振片时如图所示，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能 通过偏振片 P。也就是说，通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿 着一个特定的方向振动，这种光叫做偏振光。 【典型例题】 例 1. 在夫琅和费单缝衍射中，对于给定的入射光，当缝宽度变小时，除中央明纹 的中心位置不变外，各级衍射条纹（ ） A. 对应的衍射范围变小 B. 对应的衍射范围变大 C. 对应的衍射范围

7、不变 D. 光强不变 精解：在探究实验时，我们发现圆孔的直径越小，光屏上亮斑的范围就越大，所以 我们可以得到结论，衍射物或障碍物的线度越小，衍射扩展的范围就越大。所以， 缝的宽度变小时，衍射范围会变大。由于缝的宽度的改变，光强也会发生变化。因 此，此题应选 B。 例 2. 关于光的衍射现象，下面说法正确的有（ ） 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尺寸时，完全不产生衍射现象 C. 发生小孔衍射时，若减小小孔直径，条纹变亮 D. 发生小孔衍射时，若略为增大小孔直径，条纹变亮 解析：对 A、B 选项，没有很好地理解衍射的条件，光离开直线传

8、播的路线进入障 碍物的几何阴影里去的现象叫做光的衍射。任何障碍物都可以使光发生衍射，但当 障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或小于光的波长时，将产生明显的衍射现象。现 象“明显”了，才容易被观察到，所以衍射并不要求波长与障碍物或孔的尺寸一定 相等。对选项 C，没有正确理解明显衍射现象与衍射条纹亮度的关系，认为衍射越 明显就是衍射条纹越亮，犯了想当然的错误。当发生小孔衍射时，孔径越小，衍射 越明显（屏上衍射图样分布的范围越大） 。但由于通过孔的光的能量少，故而图样 将变暗。 答案：D 小结：光遇到任何障碍物时都产生衍射现象，只是明显程度不同；衍射现象明显与 否，并不是指条纹是否明亮，小孔越小，衍射现

9、象越明显，但由于通过小孔的光的 能量少，故而图样将变暗。 例 3. 如图所示，把两偏振片 a、b 叠放在一起，隔着偏振片观察白炽灯发出的自 然光。将离光源近的偏振片 a 固定，缓慢转动偏振片 b，直到看到透射光最强。然 后，在这一位置将 b 转过 90，这时透射光最弱，几乎为零。如果 ab 间随意插一 片偏振片 c，则（ ） A. 透射光为零 B. 可能有部分光透过 C. 透射光变为最强 D. 以上情况都有可能发生 精解：在两偏振片的偏振方向互相垂直的情况下，当自然光经过偏振片 a（起偏器） 后，透射光只有和 a 的偏振方向相同的一个振动方向，如图所示，当透射光经过偏 振片 b（检偏器）时，由

10、于透射光的振动方向恰与 b 的偏振方向垂直，因此就没有 任何光线可以通过，观察者就看不到光。但是在 a、b 两偏振片间再插入偏振片 c 时，情况就不同了。因为最可能的情形是 c 的偏振方向既不与 a 也不与 b 的偏振方 向互相垂直。这样，经过 a 的透射光就有一部分可以通过 c，经过 c 的透射光中又 有一部分可以通过 b，观察者就可以看见光。故正确答案为 B。 例 4. 下列现象可以说明光是横波的是（ ） A. 光的干涉和衍射现象 B. 光的色散现象 C. 光的全反射现象 D. 光的偏振现象 精解：根据光能发生干涉和衍射现象，说明光是一种波，具有波动性。根据光的色 散现象，说明同一介质对不

11、同光的折射率不同，也说明不同光在同一介质中速度不 同。根据光的全反射现象，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光的传播方向垂直，即说明光 是横波，所以正确选项为 D。 【模拟试题】 5.2 光的衍射 1. 一个不透光的薄板上有两条平行的窄缝，红光通过这两条窄缝后在屏上呈现明 暗交替、间隔均匀的红色条纹。若将其中一条窄缝挡住而让另一条窄缝通过红光， 那么在屏幕上可以观察到（ ） A. 形状与原来相同的明暗交替、间隔均匀的条纹 B. 形状与原来不同的明暗交替、间隔不十分均匀的条纹 C. 没有条纹，只有一片红光 D. 既不是条纹也不是一片红

12、光，而呈现光源的像 2. 用一束光照射一刀片，发现屏上所成的阴影的边缘模糊不清，这是光的（ ） A. 折射现象B. 色散现象 C. 干涉现象D. 衍射现象 3. 关于泊松亮斑有以下几种说法，其中正确的是（ ） A. 泊松亮斑是单色光经过小孔在屏中央出现的小亮斑 B. 泊松亮斑是单色光碰到不透明圆盘时，在圆盘的阴影中心出现的一个小亮斑 C. 泊松亮斑是在波动理论指导下，先有预言后有实验证明 D. 泊松亮斑证实了光的波动理论的正确性 4. 在杨氏实验中，光通过单孔屏后能照到双孔屏的两个小孔上，是由于光的（ ） A. 直线传播B. 衍射 C. 小孔成像D. 折射 5. 用平行的色光垂直照射不透明的小

13、圆板，在圆板后面的屏上发现圆板阴影中心 处有一个亮斑，圆阴影外面有一圈圈明暗相间的条纹，这是（ ） A. 光的干涉现象 B. 光的衍射现象 C. 光的色散现象 D. 光的反射现象 6. 为了获得单缝衍射图像，必须（ ） A. 增大光波波长和狭缝宽度 B. 减小光波波长和狭缝宽度 C. 增大光波波长，减小狭缝宽度 D. 减小光波波长，增大狭缝宽度 7. 下列所述的各项现象中，属于光的衍射现象的是（ ） A. 一束激光照射在墙上，在其路径上放一小钢珠，则钢珠的阴影中心有一个亮斑 B. 洗衣服时出现的肥皂泡，在阳光下显出彩色的花纹 C. 用力将两块玻璃板压紧，可以从玻璃板面上看到彩色花纹 D. 夏天

14、雨后，在阳光照射下，天空中出现彩虹 5.3 光的偏振 1. 下列波能发生偏振现象的是（ ） A. 声波B. 电磁波C. 横波D. 纵波 2. 如图所示，让太阳光通过 M 中的小孔 S，在 M 的右方放一偏振片 P，P 的右方再 放一光屏 Q。现以光的传播方向为轴逐渐旋转偏振片 P；关于光屏 Q 上光的亮度的 变化情况，下列说法中正确的为（ ） A. 先变暗后变亮 B. 先变亮后变暗 C. 亮度不变 D. 先变暗后变亮，再变暗，再变亮 3. 某些特定环境下照相时，常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使景象清晰。关 于其原理，下列说法中正确的是（ ） A. 增强透射光的强度 B. 减弱所拍摄景物周围反射光的强度 C. 减弱透射光的强度 D. 增强所拍摄景物周围反射光的强度 4. 夏天柏油路面上的反射光是偏振光，其振动方向与路面平行。人佩戴的太阳镜 的镜片是由偏振玻璃制成的。镜片的透振方向应是（ ） A. 竖直的B. 水平的 C. 斜向左上 45D. 斜向右上 45 5. 让太阳光通过两块平行放置的偏振片，关于最后透射光的强度，下列说法中正 确的是（ ） A. 当两个偏振片透振方向垂直时，透射光强度最强 B. 当两个偏振片透