第4.4节 光的衍射和偏振（原卷版）

第四章·光第04讲光的衍射和偏振目标目标导航学问要点难易度1．单缝衍射条纹：不等间距2．圆孔衍射和泊松亮斑3．光的偏振★★★★★★知识知识精讲学问点01光的衍射1．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，在屏上应当消灭阴影的区域消灭明条纹或亮斑，应当属于亮区的地方也会消灭暗条纹或暗斑的现象．2．衍射图象：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，在屏幕上消灭明暗相间的条纹，中心为亮条纹，中心条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上消灭彩色条纹，中心为白条纹．(1)中心条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等．越靠外，条纹间距越小．(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低．(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．4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会消灭明暗相间的圆环．(1)中心是大且亮的圆形亮斑，四周分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小．(2)圆孔越小，中心亮斑的直径越大，同时亮度越弱．(3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中心圆形亮斑的直径越大．(4)白光的圆孔衍射图样中，中心是大且亮的白色光斑，四周是彩色同心圆环．(5)只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样，在圆孔由较大直径渐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗．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，这就是有名的泊松亮斑．(1)中心是亮斑．(2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小，而且背景是光明的．【例1】关于下列四幅图中所涉及物理学问的论述中，正确的是()A．甲图是光的干涉图样B．乙图是光的衍射图样C．丙图是利用光的折射原理D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率学问点02单缝衍射与双缝干涉的比较1.单缝衍射与双缝干涉的比较

单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够窄，任何光都能发生频率相同的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中心最宽条纹宽度相等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，两边最暗条纹清楚，亮度基本相等相同点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意义都是波特有的现象，表明光是一种波2.对单缝衍射和双缝干涉的三点提示(1)单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉，从而理解条纹相间排列．(2)光波的波长变大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大．(3)复色光的衍射或干涉图样，可认为是各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加．【特殊提示】（1）白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可消灭彩色条纹，但光学本质不同．（2）区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．【例2】(多选)如图甲、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，下列推断正确的是()A．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学问点03光的偏振1．偏振现象(1)自然光：由太阳、电灯等一般光源发出的光，它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，这样的光叫作自然光．(2)偏振光：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通过偏振片，这个方向叫作透振方向。自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着偏振片的透振方向，即在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动，这样的光称为偏振光．自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有所变化．(3)只有横波才有偏振现象．2.自然光和偏振光的区分(1)振动方向比较：自然光在垂直于光的传播方向的平面内，沿全部方向振动；偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，沿某一特定的方向振动。(2)经过偏振片时现象比较：如图甲，自然光通过偏振片后变成偏振光，后面的屏是光明的，转动偏振片时，偏振光的振动方向随之变化，但屏上亮度不变。如图乙、丙，偏振光经过偏振片时，若光的振动方向与偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于两者之间，随着振动方向与透振方向的夹角变大，亮度渐渐变暗。太阳、电灯等直接发出的光是自然光；自然光经偏振片后都是偏振光，自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。此时的入射角称为起偏角，也叫布儒斯特角。3．偏振应用:立体电影【例3】纵波不行能产生的现象是()A．偏振现象 B．反射现象C．折射现象 D．衍射现象巩固巩固练习1.如图所示的4幅明暗相间的条纹,分别是红光经过间距不同的双缝及宽度不同的单缝所形成的。则下面的四幅图(甲、乙、丙、丁)依次对应的是()A.双缝宽间距,双缝窄间距,宽单缝,窄单缝 B.双缝窄间距,双缝宽间距,窄单缝,宽单缝C.宽单缝,窄单缝,双缝宽间距,双缝窄间距 D.窄单缝,宽单缝,双缝窄间距,双缝宽间距2.对于单缝衍射现象，下列说法正确的是()A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线D．入射光的波长越短，衍射现象越明显3.某学习小组用激光束照射圆孔和不透亮     圆板后，分别得到如图所示的衍射图样．据此可以推断出()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4.关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是()A．光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理B．光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的C．光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象不能说明这一点D．光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果5．如图所示的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(黑色部分表示亮纹)．则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是()A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫6.(多选)如图所示，a是一偏振片，a的透振方向为竖直方向．下列四种入射光束哪几种照射a时能在a的另一侧观看到透射光()A．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7．如图所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。一光束射向P，该光束的振动方向与P的透振方向成45°角(用带有箭头的虚线表示)。从左向右看，顺时针旋转P半周，从另一侧观看到光束的亮度变化状况是()A．先变亮，再变暗 B．先变亮，然后变暗，再变亮C．先变暗，再变亮 D．先变暗，然后变亮，再变暗8．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光恰好发生完全偏振(反射光线与折射光线垂直)，由此可以计算出玻璃的折射率是多少？此时的入射角称为起偏角，也叫布儒斯特角，试求折射率为n的介质的布儒斯特角的通用表达式。9．如图所示，S为一点光，P、Q是偏振片，R是一光敏电阻，其