高中物理人教版选修34教学案第十三章第56节光的衍射光的偏振

第5、6节光的衍射—光的偏振

・姬丽”册腔课前自主学习，基稳才能楼高

一、光的衍射

i.定义：光通过很小的狭缝（或圆孔）时，明显地偏离了直线传播的方向,在屏上应当

消失阴影的区域消失明条纹或亮斑，应当属于亮区的地方也会消失噎条纹或暗斑的现象。

2.衍射图像：衍射时产生的明暗条纹或光环。

3.单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上消失明喑相间的条纹，中心为亮条纹，中

心条纹最宽最亮，其余条纹变穿变暗；白光通过狭缝时，在屏上消失彩色条纹，中心为自

条纹。

4.圆孔衍射：光通过小孔时（孔很小）在屏幕上会消失明喑相间的圆环。

5.泊松亮斑：障碍物的衍射现象。在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会

发觉在阴影中心有一个亮斑，这就是闻名的泊松亮斑。

二'衍射光栅

1.衍射光栅的结构

由很多笠宽的狭缝笠距离地排列起来形成的光学仪器。

2.衍射图样的特点

与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。

3.衍射光栅的种类

反射光栅、透射光栅。

三、光的偏振

1.横波与纵波的特点

横波中各点的振动方向总与波的传播方向垂直。纵波中，各点的振动方向总与波的传

播方向在同始终线上。横波有偏振现象。

2.自然光和偏振光

(1)自然光：太阳、电灯等一般光源发出的光，包含着在垂直于使搔方向上沿二切方向

振动的光，沿着各个方向振动的光波的强度都相同。

(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的光。

3.光的偏振

偏振现象只有沿偏振片的“透射方向”振动的光波才能通过偏振片

结论偏振现象说明，光是一种横波

偏振光的①自然光通过偏振片后,得到偏振光

形成②自然光在介质外表反射时，反射光和折射光都是偏振光

偏振现象①把偏振片装在照相机镜头前

的应用②电子表的液晶显示

1.自主思索一判一判

(1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象。(X)

(2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象。(X)

(3)用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的

衍射条纹。(V)

(4)但凡波都有偏振现象。(X)

(5)反射可以引起自然光的偏振。(J)

(6)拍摄水中游鱼时，在镜前装一偏振片是利用光的偏振现象。(J)

2.合作探究——议一议

(1)衍射和干预条纹都是明暗相间的，两种条纹是否完全一样？

提示：不一样。衍射条纹是中间最宽、最亮，从中心向两侧渐渐变窄、变暗；干预条

纹是等间距的条纹，即宽度和亮度相同。

(2)自然光和偏振光有什么不同？

提示：自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同，而偏振光只在垂直于传播方向的

平面上，沿着某个特定的方向振动。

字课堂讲练设计，举一能通类题

考点一v三种衍射图样的特点比拟

《通知识

1.单缝衍射图样

(1)中心条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，中心条纹最宽，两边条纹宽度变窄。

(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低。

(3)中心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，入射光波长越大，

单缝越窄，中心亮条纹的宽度及条纹间距就越大。

(4)用白光做单缝衍射时，中心亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中心亮条纹仍旧最

宽最亮。

2.圆孔衍射

(1)圆孔衍射：

如图13-5-1甲所示，当挡板A8上的圆孔较大时，光屏上消失图乙所示的圆形亮斑(光

的直线传播)；减小圆孔，光屏上消失光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上消失图

丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样)。

图13-5-1

(2)圆孔衍射的图样特征：

①单色光的圆孔衍射图样：中心亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环；越

向外，圆(亮)环亮度越低。

②白光的圆孔衍射图样：中心亮圆为白色，四周是彩色圆环。

3.圆板衍射

(1)各种不同外形的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，假设在单色光

(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发觉在影的中心有一个亮斑，这就是闻名的

泊松亮斑。

(2)形成泊松亮斑时，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。

(3)四周的亮环或暗环间距随半径增大而减小。

。通方法

［典例］某讨论性学习小组用激光束照耀圆孔和不透亮????？圆板后，分别得到如图

13-5-2所示的衍射图样。据此可以推断出()

甲乙

图13-5-2

A.甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样

B.乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样

C.甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大

D.甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大

［解析］甲图的衍射图为明暗相间的圆环，而乙图为在影的中心有一个亮斑——泊松亮

斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图

样，故A正确。

［答案］A

衍射图样的特征

(1)对于衍射条纹的特征用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗〃“中白边彩”。

其中"中白边彩”只适合于白光光源。

(2)各种衍射图样的外形不同，而图样的分布规律、影响因素都是类似的。

0通簸细

1.(多项选择)在单缝衍射试验中，以下说法中正确的选项是()

A.将入射光由黄色换成绿色，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耀，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：选ACD当单缝宽度肯定时，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；当光的波长肯定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条

纹间距越大；光的波长肯定、单缝宽度也肯定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也

会变宽，应选项A、C、D正确。

2.(多项选择)平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比拟，以下说法中正确的有

()

A.在衍射图样的中心都是亮斑

B.泊松亮斑中心亮点四周的暗环较宽

C.小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑

D.小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是匀称的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹

间的间距是不匀称的

解析：选AB小孔衍射的图样是中心亮点，向外依次为明暗相间的环状条纹；泊松亮

斑的图样是中心亮点，向外是圆板的黑影，再向外是明暗相间的环状条纹，如下图。

泊松亮斑圆孔衍射

3.如图13-5-3,在“观看光的衍射现象"试验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽,

屏上衍射条纹间距将（选填："增大”"减小"或"不变"）；该现象说明，光沿直

线传播只是一种近似规律，只有在____________________________________________状况

下，光才可以看作是沿直线传播的。

图13-5-3

解析：依据条纹间距由d、L和波长打算可知，增加缝宽，可以使条纹间距离减小；光

遇到障碍物时，当障碍物的尺寸与波长接近时，会发生明显的衍射现象，当障碍物较大时，

光近似沿直线传播。

答案：减小光的波长比障碍物小得多

考点二单缝衍射与双缝干预的比拟

•通知识

1.单缝衍射与双缝干预的比照

单缝衍射双缝干预

只要狭缝足够小，任何光都能发生明显衍射

产生条件频率相同的两列光波相遇叠加

现象

不同

条纹宽度条纹宽度不等，中心最宽条纹宽度相等

点

条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距

亮度中心条纹最亮，两边最暗条纹清晰，亮度根本相等

相同成因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

点意义都是波特有的现象，说明光是一种波

2.三点提示

（1）单缝衍射可以理解为假设干个光源的干预，从而理解条纹相间排列。

（2）光波的波长增大，衍射条纹、干预条纹的宽度都变大。

（3）复色光的衍射或干预图样，可认为各单色光单独衍射或干预所成图样的叠加。

。通题组

1.（多项选择）如图13-5-4甲、乙所示，是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹

图样，以下推断正确的选项是（）

BTHHM

甲乙

图13-5-4

A.甲为单缝衍射的图样B.乙为双缝干预的图样

C.甲为双缝干预的图样D.乙为单缝衍射的图样

解析：选AB甲图中的条纹宽度不等，中心宽，两侧窄，应为单缝衍射图样。乙图中

的条纹等宽等距，应为双缝干预图样，故A、B正确，C、D错误。

2.如图13-5-5所示的4幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双

缝干预仪器形成的干预图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色局部

表示亮纹）。那么下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是（）

HillIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

图13-5-5

A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄

C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫

解析：选B双缝干预条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越

窄的条纹，因此1、3是干预条纹，2、4是衍射条纹。干预条纹中，光的波长越长，条纹越

宽，因此1是红光，3是蓝光。同一单缝衍射条纹，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，

4是黄光。

考点三v偏振光的理解及应用

通知识

1.自然光与偏振光的比照

自然光偏振光

光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光

光的振动在垂直于光的传播方向的平面内，光振在垂直于光的传播方向的平面内，光振

方向动沿全部方向，且沿各个方向振动的光动沿某一特定方向（与起偏器的透振方

强度都相同向全都）

2.偏振光的产生方式

（1）自然光在玻璃、水面等外表反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏

振的程度也会变化。自然光射到两种介质的交界面上，假如光入射的方向适宜，使反射光

和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。

（2）自然光经过偏振片（起偏器）后能形成偏振光。偏振光可以用另一个偏振片（检偏器）检

验。

3.光的偏振的应用

（1）摄影技术中的应用

光的偏振现象有很多应用，如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里

陈设物的照片时，由于水面或玻璃外表的反射光的干扰，常使景象不清晰，假如在照相机

镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可使反射来的偏

振光不能进入照相机内，从而可拍出清晰的照片。故人们把偏振滤光片叫做摄像机的“门

卫“O

（2）偏振片在汽车挡风玻璃上的应用

偏振片——汽车司机的福音。在夜间行车时，迎面开来的车灯眩光经常使司机看不清

路面，简单发生事故。假如在每辆车灯玻璃上和司机坐椅前面的挡风玻璃上安装一片偏振

片，并使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问题。从对面车灯射来的

偏振光，由于振动方向跟司机坐椅前挡风玻璃偏振片的透振方向垂直，所以不会射进司机

眼里。而从自己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己的挡风玻璃上的偏振片的透

振方向相同，所以司机仍能看清自己的车灯照亮的路面和物体。

。通方法

［典例］（多项选择）电子表的显示屏利用了液晶的旋光性，当液晶上不加电压时，偏振

光通过液晶时偏振方向会旋转90°,这就是液晶的旋光性；假如在液晶上加上电压，那么

旋光性消逝。有一种电子表的显示屏是透亮?????的，而在显示数字的笔画处不透光，那么

关于该显示屏，以下说法正确的选项是（）

A.上下两个偏振片的透振方向相互垂直

B.上下两个偏振片的透振方向相互平行

C.笔画处为透亮????？电极，因此加上电压时变为不透亮?????的

D.笔画处没有电极，其余局部为透亮????？电极

［审题指导］第一个偏振片为起偏器，液晶有旋光性（加电压时消逝），其次个偏振片为

检偏器。解答此题的关键在于分析光的偏振方向的变化。

［解析］假设光从下向上传播，光线通过下偏振片时成为偏振光，假如不加电压，偏振

光通过液晶时偏振方向旋转90°,此时间线能透过上偏振片，可知上偏振片的透振方向应

与此时偏振光的偏振方向相同，即与下偏振片的透振方向垂直，选项A正确，B错误；组

成数字的笔画处有时透亮？???？，有时不透亮？???？，可知笔画处为透亮？?？？？电极，当加上

电压时液晶旋光性消逝，光线不能透过，选项C正确，D错误。

［答案IAC

（1）自然光通过偏振片后变成偏振光。

（2）当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，通过偏振片的光的强度不同。

（3）当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角为90。时，将无光通过偏振片。

，通霞回

1.关于自然光和偏振光，以下观点正确的选项是（）

A.自然光能产生干预和衍射现象，而偏振光却不能

B.只有自然光透过偏振片才能获得偏振光

C.自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光

D.自然光和偏振光都能使感光底片感光

解析：选D振动沿各个方向匀称分布的光是自然光，而振动沿着特定方向的光是偏

振光，但自然光和偏振光都能发生干预、衍射，所以A错。光的偏转现象并不罕见，除了

从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大局部光，都是偏振光，所以B错。光的颜

色由光的频率打算，与光的振动方向无关，所以C错。自然光和偏振光都具有能量，都能

使感光底片感光，D正确。

2.在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是（）

A.减弱反射光，从而使景物的像清晰

B.增加反射光，从而使景物的像清晰

C.增加透射光，从而使景物的像清晰

D.减弱透射光，从而使景物的像清晰

解析：选A由于反射光的干扰，景物的像经常比拟模糊，装上偏振片的目的是减弱

反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增加透射光。

3.（多项选择）在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片尸和Q,在。的后边放

上光屏，如图13-5-6所示，那么以下说法正确的选项是（）

图13-5-6

A.。不动，旋转偏振片尸，屏上光的亮度不变

B.Q不动，旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱

C.P不动，旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变

D.尸不动，旋转偏振片。屏上光的亮度时强时弱

解析：选BD尸是起偏器，它的作用是把太阳光（自然光）转变为偏振光，该偏振光的

振动方向与尸的透振方向全都，所以当。与尸的透振方向平行时，通过。的光强最大；当

0与P的透振方向垂直时通过0的光强最小，即无论旋转尸或Q,屏上的光强都是时强时

弱。

图缰唳演衽・课后层级训练，步步提升能力

一、基础题与熟

1.（多项选择）以下说法中正确的选项是（）

A.光振动沿各个方向匀称分布的光是自然光

B.光振动沿各个方向匀称分布的光是偏振光

C.光振动沿特定方向的光才是偏振光

D.光振动沿特定方向的光才是自然光

解析：选AC依据自然光、偏振光的概念易推断出选项A、C正确。

2.对衍射现象的定性分析，不正确的选项是（）

A.光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生传播的现象

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供应了有力的证据

D.光的衍射现象完全否认了光的直线传播结论

解析：选D衍射现象是波绕过障碍物发生传播的现象，衍射条纹是波的叠加的结果，

干预、衍射是一切波所具有的特性，所以选项A、B、C正确；光的直线传播只是近似的，

只有在光的波长比障碍物尺寸小得多的状况下，光才被看作是沿直线传播的，所以光的衍

射现象和直线传播是不冲突的，所以选项D错误。

3.（多项选择）关于自然光和偏振光，以下说法正确的选项是（）

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

波的强度可以不同

B.偏振光是垂直于传播方向上，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复原为自然光

D.太阳、电灯等一般光源发出的光都是自然光

解析：选BD自然光沿各振动方向的光波的强度相同，A错误；偏振光在垂直于传播

方向上，只沿某一特定方向振动，B正确；自然光透过偏振片后成为偏振光，偏振光透过

偏振片后不能复原为自然光，C错误；太阳、电灯等一般光源发出的是自然光，D正确。

4.（多项选择）如下图，一束自然光通过起偏器照耀到光屏上，那么图中光屏上发亮的

有（起偏器上用箭头表示其透射方向）（）

解析：选ABD自然光通过偏振片后成为偏振光，当偏振光的振动方向与偏振片的透

振方向平行时能够通过，垂直时不能通过，所以A、B、D正确。

5.（多项选择）如图1所示，A、5为两偏振片，一束自然光沿。0,方向射向A,此时

在光屏C上透射光的强度最大，那么以下说法中正确的选项是（）

A.此时A、5的偏振方向平行

B.只有将8绕0。，轴顺时针旋转90°,屏上透射光的强度最弱，几乎为零

C.将A或5绕。0'轴旋转90°时，屏上透射光的强度最弱，几乎为零

D.将A沿顺时针方向旋转180°时，屏上透射光的强度最弱，几乎为零

解析：选AC当两偏振片平行时，透射光强度最强，当两偏振片垂直时，透射光强度

最弱，几乎为零，应选项A、C正确。

6.如图2所示，甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像，其中图甲是

光的（选填“干预”或"衍射"）图像。由此可以推断出图甲所对应的圆孔的孔径

（选填“大于〃或“小于〃）图乙所对应的圆孔的孔径。

解析：依据甲图中图样的特点可知甲图为单孔衍射的图样。乙图中只有一个圆形亮斑,

四周没有衍射条纹说明乙图所对应的情景中没有发生明显衍射，说明孔的尺寸比波长大得

多。

答案：衍射小于

二、能力题每通

7.如图3所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由

于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的振动方向发生变化,

光接收器接收的光强度就会变化。设起偏器和检偏器透振方向相同，关于这种温度计的工

作原理。正确的说法是（）

起偏器§热源检偏器光接收器

光嬴U温度敏感光纤一D——

图3

A.到达检偏器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温

度变化越大

B.到达检偏器的光的振动方向变化越大，