物理人教版高中选择性必修一（2019年新编）4-6 光的偏振 激光（教案）

§4.5光的衍射§4.6光的偏振激光一、学习目标1.知道光的衍射现象，知道几种衍射现象的图样。2.理解光产生明显衍射的条件。3.知道衍射光栅的结构和衍射图样的特点，知道衍射光栅的两种分类。4.知道偏振现象，知道偏振是横波特有的性质。5.知道偏振现象的应用。6.了解激光的特性和应用。二、学习过程【问题探究】(1)让一束红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)用象？【答案】(1)大约0.8mm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．【知识点1】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．发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显．例题1、让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现(    )A.由大变小的三角形光斑，直至光斑消失

B.由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失

C.由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失

D.由大变小的三角形光斑、圆形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失【答案】D【解析】当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现明暗相间的衍射条纹，最后随孔的闭合而全部消失，所以只有D正确。例题2、关于光的衍射，下列说法正确的是(    A.电磁波中频率最高的γ射线，最容易用它来观察衍射现象

B.泊松亮斑是光通过小圆盘发生衍射时形成的

C.单缝衍射形成的条纹宽度相同、亮度相同

D.光的衍射现象说明光具有粒子性【答案】B【解析】A.电磁波中频率最大为γ射线，波长最短，最不容易发生衍射现象，故A错误；

B.泊松亮斑是光通过不透明的小圆盘发生衍射时形成的，故B正确；

C.单缝衍射形成的条纹宽度与亮度都不相同，故C错误；

D.光的衍射现象说明光具有波动性，并不是粒子性，故D错误。

故选B。【知识点2】单缝衍射与双缝干涉的比较1．不同点(1)产生条件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(单缝衍射：狭缝足够小发生明显衍射,双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加))(2)图样eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(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，表明光是一种波．2．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．例题3、某同学用红光做实验，拍摄到屏上亮条纹的照片如图甲、乙所示，则该同学做的是A.单缝衍射实验，甲图中单缝的宽度小

B.单缝衍射实验，乙图中单缝的宽度小

C.双缝干涉实验，甲图中双缝到屏的距离大

D.双缝干涉实验，乙图中双缝到屏的距离大【答案】A【解析】甲和乙图中条纹宽度不同，应是单缝衍射实验；

衍射条纹随着缝间距越小，衍射条纹越大，故甲图中单缝的宽度小；

故A正确，BCD错误；

故选A。例题4、如图所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器和同一单缝衍射仪器形成的图样(黑色部分表示亮条纹).下列说法正确的是A.甲图是红光通过单缝衍射仪器形成的图样

B.乙图是蓝光通过单缝衍射仪器形成的图样

C.丙图是蓝光通过单缝衍射仪器形成的图样

D.丁图是红光通过双缝干涉仪器形成的图样【答案】B【解析】AC.双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故从甲和丙两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距Δx=ldλ可知波长λ越大，△x越大，故甲是红光，丙是蓝光；故ABD.单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故丁为红光单缝衍射图样，乙是；蓝光的单缝衍射图样。故B正确，D错误。故选B。【知识点3】偏振1．偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同，这种现象称为“偏振现象”，横波的振动方向称为“偏振方向”．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特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”．(2)自然光和偏振光①自然光：太阳、日光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上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫作偏振光．(3)光的偏振现象说明光是一种横波．例题5、小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光，转动镜片时发现光有强弱变化。下列说法能够解释这一现象的是(    )A.阳光在水面反射后的反射光是偏振光，镜片起起偏器的作用

B.阳光在水面反射后的反射光是偏振光，镜片起检偏器的作用

C.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用

D.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用【答案】B【解析】解：阳光属于自然光，阳光在水面发生反射后的反射光是偏振光，转动镜片时发现光有强弱变化，是由于镜片相当于检偏器，起检偏器的作用，故ACD错误，B正确。

故选：B。例题6、如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象．这个实验表明(    )A.光是电磁波 B.光是一种横波

C.光是一种纵波 D.光是一种概率波【答案】B【解析】解：纵波振子是沿传播方向震动的，所以它可以通过那个纸板上的眼，也就不能偏振了。而横波振子是沿与传播方向垂直的方向震动的，而且振子的平衡位置不变，当波传到纸板处，这里的振子无法震动，部分波就无法传过去了，即发生了“偏振”现象，故B正确，ACD错误。

故选：B。【知识点4】激光的特点及其应用特点应用相干性强：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好：激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度激光测距，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引亮度高：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”以及激发核聚变等例题7、如果激光直接照射人的眼睛，聚于感光细胞时引起的蛋白质凝固变性是不可逆的损伤，会造成眼睛的永久失明。激光对人眼的危害如此之大的原因是(    )A.单色性好 B.高能量 C.相干性好 D.平行度好【答案】B【解析】解：由题意可知，激光聚于感光细胞时产生过热而引起的蛋白质凝固变性是造成眼失明的原则，故说明引起这一现象的是因为激光的高能量性，故B正确，ACD错误。

故选：B。例题8、下列应用激光的实例中，不正确的是(

)A.因为激光的相干性好，所以可以用激光光源直接照射双缝做干涉实验

B.激光的亮度高，因此我们可以用激光束来切割物体，焊接金属，在硬质难熔材料上打孔，医学上用激光“刀”做切除肿瘤等外科手术．

C.激光是很好的单色光，它产生的干涉现象最清晰．利用干涉现象可以精确测定物体的长度．

D.激光的亮度高，可以用来照明【答案】D【解析】A.在做双缝做干涉实验时，一般要在双缝前加一个单缝，目的是产生两列频率相同的相干波，才能观察到双缝干涉现象，而激光的相干性好，故可以用激光光源直接照射双缝做干涉实验，故A正确；

BD.激光具有平行度好，亮度高等特点，医学上用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点，但不能用来照明，故B正确，D不正确；

C.激光是很好的单色光，它产生的干涉现象最清晰；利用干涉现象可以精确测定物体的长度，并且精确度高，故C正确

本题选择不正确的，故选D。§4.5光的衍射§4.6光的偏振激光作业班级：学号：姓名：一、选择题1．可见光在空气中波长范围是到，即4.4×10−4mm到7.7×10−4mmA.卡尺两脚间的狭缝的宽度小到万分之几毫米以下时，才能观察到明显的衍射现象

B.卡尺两脚间的狭缝在小到0.2 mm以下时，通过它观察各种光源，都能看到明显的衍射现象

C.卡尺两脚间的狭缝在小到0.4 mm以下时，通过它观察到线状白炽灯丝，有明显的衍射现象

D.光的衍射条件“跟光的波长可以相比”是非常严格的，即只有孔或障碍物的尺寸跟波长差不多时才能观察到光的衍射【答案】C【解析】实验证明，卡尺两脚间的狭缝小到0.4

mm以下时，通过它观察线状白炽灯丝，有明显的衍射现象，而当狭缝过小时，因通过的光线太暗，无法看到明显的衍射现象，而狭缝太大，因不满足衍射条件而无明显衍射现象。故ABD错误，C正确；

故选C。

2．利用图1所示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是(    )A.甲对应单缝，乙对应双缝

B.甲对应双缝，乙对应单缝

C.都是单缝，甲对应的缝宽较大

D.都是双缝，甲对应的双缝间距较大【答案】A【解析】解：干涉条纹在光屏上观察到的图案是间距相等的条纹图象，而衍射条纹中，中间的亮纹的宽度最大，向两边渐渐减小，

因此甲对应单缝，乙对应双缝，故A正确，BCD错误。

故选：A。

3．某次光的衍射实验中，观察到如图所示的明暗相间的图样，则障碍物为(    A.很小的不透明圆板

B.中间有较小圆孔的不透明挡板

C.很大的不透明圆板

D.中间有较大圆孔的不透明挡板

【答案】B【解析】A、用光照射很小的不透明圆板时后面出现一亮点，即泊松亮斑，故A错误。

B、用光照射中间有较小圆孔的不透明挡板时是明暗相间的衍射图样，故B正确。

C、很大的不透明圆板时后面是一片阴影，故C错误。

D、在做衍射实验中，如果不透明挡板中间的圆孔比较大时，不会发生衍射现象，或者衍射现象不明显，观察不到明暗相间的图样，故D错误。

故选：B。

4．在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的(    )A.亮度高 B.平行性好 C.单色性好 D.波动性好【答案】C【解析】在做双缝干涉实验时，常用激光光源，这主要是应用激光的相干性好以及单色性好。容易发生干涉现象，故C正确，ABD错误。故选：C。

5．如图所示是通过用两个刀片组成的宽度可以调节的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个现象．当狭缝宽度从0.8mm逐渐变小时，所看到的四个图象的顺序是(A.abcd B.dcba C.bacd D.badc【答案】A【解析】当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近甚至比波长更小时即能发生明显的衍射；显然0.8mm大于光的波长，故不能发生明显的衍射现象，根据光的直线传播的原理，此时我们看到的应该是条纹状的光斑，即图象a，但随孔缝的宽度的减小，光斑的面积逐渐减小，在发生衍射前看到图象b；当发生衍射时，随狭缝的宽度逐渐变小时衍射条纹的间距逐渐变大，而条纹间距最小的是c，条纹间距最大的是d，所以先观察到c，再观察到d；综上所述当狭缝宽度从0.8mm逐渐变小时我们依次看到的四个图象的顺序是abcd；

故选：A。

6．在拍摄日落时的水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是(    )A.减少阳光在水面上的反射光

B.阻止阳光在水面上的反射光进入照相机镜头

C.增强光由水面射入空气中的折射光强度

D.减弱光由水面射入空气中的折射光强度【答案】B【解析】当偏振片的方向与偏振光的方向平行时，允许偏振光通过，当它们相互垂直时，偏振光不能通过。拍摄日落时水下景物时为了使照片清楚，则要过滤掉水面的反射光，所以让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，从而减弱反射光，使景物的像清晰。故B正确，ACD错误。故选：B。

7．用单色激光照射间距不同的双缝和宽度不等的单缝时，得到下图所示的图样。以下判断正确的是(    )A.只有甲是双缝干涉图样

B.形成丙衍射图样的单缝比丁的更窄

C.只有乙、丙是单缝衍射图样

D.乙是图示中最明显的衍射现象图样【答案】B【解析】双缝干涉条纹等间距，但单缝衍射条纹一定不等间距，即中央宽、两边窄的明暗相间的条纹。

AD、甲、乙两图是干涉条纹，故AD错误；

B、单缝越窄，相同条件下形成的衍射条纹越宽，所以形成丙衍射图样的单缝比丁的更窄，故B正确；

C、丙、丁两图是衍射条纹，乙图是干涉条纹，故C错误。

8．下列四种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器和同一单缝衍射仪器形成的图样(灰黑色部分表示亮纹；保持缝到屏距离不变)。其中属于蓝光的衍射图样的是(    )A. B. C. D.【答案】B【解析】解：A、首先由题意可知，A的条纹间距相等应该属于光的干涉图，由于红光的波长大于蓝光，所以可知红光产生的条纹间距应大于蓝光，即A应是红光的干涉图，故A错误；

B、根据题目描述B的条纹不相等属于衍射图，同理由于条纹间距相对D要小，故B对应波长较小的光波的衍射图，即蓝光的衍射图，故B正确；

C、由A选项的分析可知C条纹间距相等应该属于光的干涉图，由于红光的波长大于蓝光，对应的是蓝光的干涉图，故C错误；

D、由B选项的分析可知D条纹不相等属于衍射图，对应的是红光的衍射图，故D错误。

故选：B。

9．碳水化合物(糖)的含量是食品安全检验的一个重要的指标，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，偏振方向会相对传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量与标准值进行比较，就能确定被测样品的含糖量．如图所示，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，则下列说法不正确的是(    )A.到达O处光的强度会明显减弱

B.到达O处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处光强度最大，偏振片B转过的角度等于α

D.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α【答案】B【解析】AB.偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，所以到达O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；

C.偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度α，所以到达O处光的强度会明显减弱，将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于α，故C正确；

D.同理，将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α，故D正确。

本题选不正确的，故选：B。

10．将激光束照在如图所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图中的(    )

A. B.

C. D.【答案】A【解析】将激光束照在如图所示的双缝上，将出现双缝干涉现象，而双缝干涉图象的中间是亮条纹，两侧是明暗相间的对称的干涉条纹，故A正确，BCD错误。

故选A。

11．如图所示的四种明暗相间的条纹，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(灰黑色部分表示亮纹)。则在下面四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(    )A.红蓝紫黄 B.红紫蓝黄 C.紫黄蓝红 D.黄紫红蓝【答案】B【解析】双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故从左边第一个与第三个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距△x=Ldλ可知波长λ越大，△x越大，故左边第一个是红光，第三个是蓝光。

单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故最右端为黄光单缝衍射图样。

故从左向右依次是红光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和黄光(单缝衍射)。

故选：B12．让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音或图象，这是利用激光的(    )A.平行度好，可以会聚到很小的一点上

B.相干性好，可以很容易形成干涉图样

C.亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量

D.波长长，很容易发生明显的衍射现象【答案】A【解析】略二、非选择题13．如图所示，(a)、(6)两幅图是由单色光分别入射到两圆孔形成的图像，

由图判断(a)是光的______________(选填“干涉”或“衍射”)图像．

图(a)所对应的圆孔径_______________(选填“大于”或“小于”)图(b)所对应的圆孔孔径．【答案】衍射

；小于【解析】图(a)是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在10 −7

m数量级上，所以图(a)对应的圆孔径比图(b)所对应的圆孔的孔径小，图(b)的形成可以用光的直线传播来解释，故(a)孔径小于故填：衍射；小于。

14．某同学自己动手制作如图所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置放于一暗箱中，实验过程如下：(1)该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现不等间距条纹，此条纹是由于________产生的。(2)移去A后，遮住缝S1与缝S2中的任一个，C上均出现一窄亮斑，出现以上实验结果的主要原因是(3)若光通过缝S1或缝S2后在C上依次出现如图甲、乙、丙、丁所示条纹，说明了什么？【答案】(1)光的衍射

(2)双缝S1、S2太宽

(3)缝S1【解析】(1)移去