金版教程物理2024导学案选择性必修第一册人教版新第四章 光5.光的衍射含答案

《金版教程(物理）》2024导学案选择性必修第一册人教版新第四章光5．光的衍射1．知道光的衍射现象和产生明显衍射现象的条件。2.了解如何通过实验观察光的衍射现象并可以区分几种不同的衍射图样。3.能解释日常生活中的衍射现象并初步了解衍射光栅。一光的衍射1．光的衍射现象：光能够绕过eq\x(\s\up1(01))障碍物而到达“阴影”区域的现象。2．产生明显衍射现象的条件：障碍物或狭缝的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还eq\x(\s\up1(02))小。3.几种衍射现象(1)单缝衍射①单色光的衍射：条纹是一些eq\x(\s\up1(03))明暗相间的条纹，中央条纹eq\x(\s\up1(04))最宽、eq\x(\s\up1(05))最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度eq\x(\s\up1(06))越小，亮度eq\x(\s\up1(07))越低。②白光的衍射：条纹中间为eq\x(\s\up1(08))白色条纹，两侧为eq\x(\s\up1(09))彩色条纹。(2)圆孔衍射：中间是大且亮的eq\x(\s\up1(10))圆形亮斑，周围分布着明暗相间的eq\x(\s\up1(11))同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度eq\x(\s\up1(12))越低，宽度eq\x(\s\up1(13))越小。(3)泊松亮斑：若在单色光传播途中，放一个不透光的圆盘，会发现在阴影的中心有一个eq\x(\s\up1(14))亮斑，这就是著名的泊松亮斑。二衍射光栅由许多eq\x(\s\up1(01))等宽的狭缝eq\x(\s\up1(02))等距离地排列起来形成的光学元件。和单缝衍射相比，衍射光栅的衍射条纹的宽度eq\x(\s\up1(03))变窄，亮度eq\x(\s\up1(04))增加。衍射光栅分为eq\x(\s\up1(05))透射光栅和eq\x(\s\up1(06))反射光栅两类。1．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。()(2)只有波长长的光才能发生衍射现象。()(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。()(4)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。()(5)衍射光栅的图样与单缝衍射相比，衍射条纹的亮度增加，宽度变宽。()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×2．想一想(1)白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点？提示：都是中央为白色条纹，两侧为彩色条纹。(2)光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象可能发生，也可能不发生，这种说法对吗？提示：不对。光遇到小孔、单缝或障碍物时，一定发生衍射现象，只是有明显与不明显之分，无发生与不发生之别。探究光的衍射仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：既然光的干涉说明光是一种波，参照图甲中的水波，那么光还应该有什么现象？提示：干涉和衍射是波的特有现象，所以光还应该有衍射现象。活动2：日常生活中我们常说“光沿直线传播”，为什么观察不到上述光的现象？提示：由前两节的学习可知，光的波长数量级为10－7m，根据波发生明显衍射的条件，观察不到光的衍射现象是因为日常生活中障碍物或孔的尺寸远大于光的波长。活动3：如果尝试使光通过单缝来观察光是否会发生衍射，应该怎么做？提示：根据活动2可知，应将单缝的宽度调节到与光的波长差不多大或比光的波长还小。活动4：按照活动3调节图乙的实验装置，用红光做实验，得到了图丙的衍射图样照片，它有什么特点？提示：单缝衍射条纹明暗相间，间距不等，中央条纹最亮最宽，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低；缝的宽度越窄，中央条纹越宽，条纹间距越大。活动5：如果用白光做上述实验，猜测会有什么现象？提示：得到彩色条纹。1．对光的衍射的理解(1)衍射现象和衍射条纹①衍射现象：光通过缝或孔时，没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。②衍射条纹特点：衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。(2)光产生明显衍射现象的条件障碍物或狭缝的尺寸比波长小或跟波长相差不多。2．三种衍射图样的比较(1)单缝衍射图样①中央条纹最亮，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中央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，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。④用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮[图(b)]。(2)圆孔衍射图样①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，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。如图所示。②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。③用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。④白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。⑤只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，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。(3)不透光的圆盘的衍射图样①中央是亮斑(泊松亮斑)。②周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。3.单缝衍射与双缝干涉的比较名称项目单缝衍射双缝干涉不同点产生条件任何光都能发生频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中央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央条纹最亮，两边逐渐变暗条纹清晰，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削弱的结果意义都是波特有的现象，表明光是一种波例(多选)如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光通过同一双缝干涉装置或同一单缝衍射装置形成的图样。分析各图样的特点，可以得出的正确结论是()A．a、b是光的干涉图样B．c、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图样的光的波长长[实践探究](1)干涉图样和衍射图样有什么不同？提示：干涉图样中相邻条纹间距等大，衍射图样中中央亮条纹最宽，向两侧依次变窄。(2)衍射图样中，中央亮条纹宽度与什么有关？提示：单色光波长越长，单缝越窄，单缝与光屏距离越大，中央亮条纹越宽。[规范解答]双缝干涉图样的条纹等间距，单缝衍射图样的条纹中央亮条纹最宽，两侧亮条纹变窄，所以a、b是双缝干涉图样，c、d是单缝衍射图样，A正确，B错误；在装置不变的情况下，单色光的波长越长，双缝干涉图样中相邻条纹间距越大，单缝衍射图样中中央亮条纹宽度越大，故C错误，D正确。[答案]AD规律点拨区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法(1)根据条纹的宽度、间距区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄，相邻条纹间距也不相等。(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹从中央亮条纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗。[变式训练](多选)如图所示为一束红光经过狭缝装置得到的图样，下列说法正确的是()A．只减小狭缝宽度，中央亮纹宽度会变窄B．只减小狭缝宽度，中央亮纹宽度会变宽C．当狭缝宽度调到很窄时，中央亮条纹亮度降低D．当狭缝宽度调到很窄时，中央亮条纹亮度升高答案BC解析该图样中间亮条纹较宽，两侧亮条纹较窄，且相邻条纹间亮度差别很大，是单缝衍射图样。只减小狭缝宽度，衍射现象更明显，中央亮纹宽度会变宽，A错误，B正确；当狭缝宽度调到很窄时，能穿过的光的能量明显变少，故中央亮条纹亮度降低，C正确，D错误。1．(光的衍射现象)(多选)下列图片是光的衍射现象的是()答案CD解析水中明亮的气泡是光的全反射现象，故A错误；彩色的油膜是光的薄膜干涉现象，故B错误；泊松亮斑是由光的衍射形成的，故C正确；光经过大头针的针尖时，大头针针尖边缘轮廓会模糊不清，出现明暗相间的条纹，这是光的衍射现象，故D正确。2．(发生明显衍射条件的应用)(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄变暗，这是由于这种情况下()A．只有波长较短的一部分光才能到达地面B．只有波长较长的一部分光才能到达地面C．只有频率较大的一部分光才能到达地面D．只有频率较小的一部分光才能到达地面答案BD解析据光发生明显衍射现象的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光才能到达地面，据λ＝eq\f(c,f)知，到达地面的光是频率较小的部分，故B、D正确。3．(单缝衍射图样)(多选)在单缝衍射实验中，用绿色激光照射单缝，改变实验条件，依次得到如图所示从上到下3张衍射图样照片。改变的条件可能是()A．将单缝依次调窄 B．将单缝依次调宽C．依次增大缝与屏间的距离 D．依次减小缝与屏间的距离答案BD解析从上往下3张衍射图样中，中央亮纹依次变窄，可知衍射明显程度依次降低，由明显衍射条件可知，可能是从上往下对应的单缝宽度依次变宽，A错误，B正确；依次减小缝与屏间的距离，中央亮条纹宽度也会减小，C错误，D正确。4．(干涉与衍射的图样比较)小明同学分别用红光和绿光借助光传感器(不改变单缝装置与双缝装置)做“双缝干涉实验”和“单缝衍射实验”，得到四幅图，图中曲线表示光强随位置的分布。其中是用红光做的单缝衍射的图像是()答案A解析图中峰表示亮条纹，可知B、D选项图中相邻亮条纹基本等间距，可判断为双缝干涉图像，A、C选项图中的中央亮条纹最宽、最亮，可判断为单缝衍射图像；又红光波长比绿光波长长，因此红光的衍射图像的中央亮条纹比绿光的宽，即A选项图像为用红光做的单缝衍射图像，故选A。5．(干涉与衍射图样的比较)在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前在光的传播方向上放置的装置，以下说法正确的是()A．甲对应单缝、乙对应双缝 B．乙对应双缝、丙对应小圆孔C．丙对应小圆孔、丁对应小圆板 D．丁对应小圆孔、甲对应双缝答案C解析根据单缝衍射与双缝干涉图样的区别：前者中间是亮条纹，越向两侧条纹宽度越小，后者的明暗条纹宽度相等，可知甲图是双缝干涉条纹，乙图是单缝衍射条纹；根据小孔衍射与不透光圆板衍射的区别可知，小圆孔衍射的图样，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，不透光小圆板衍射的图样，中央较大区域内是暗的，中央有一亮斑，叫泊松亮斑，周围是明暗相间的圆环，可知丙图是小圆孔衍射图样，丁图是小圆板衍射图样。所以C正确，A、B、D错误。6．(衍射光栅)(多选)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答案ABD解析衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的，分为透射光栅和反射光栅两类，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太透光，未刻痕的部分相当于透光的狭缝，故A、B、D正确，C错误。7．(光的干涉和衍射的区别)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．白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答案D解析光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象，都是光波叠加的结果；从条纹特点看，虽然在条纹宽度、间距方面有所区别，但单色光的干涉条纹、衍射条纹都是明暗相间的，白光的干涉条纹、衍射条纹都是彩色的，D正确，A、B、C错误。8．(衍射图样的特点)A、B两图是由某单色光分别照射到两个不同的圆孔所形成的图样，其中图A是光的________(填“干涉”或“衍射”)图样。由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径________(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径。答案衍射小于解析图A中央是圆形亮斑，周围是明暗相间的不等间距的圆环，是光的衍射图样。图B出现亮斑，是因为孔径较大，光沿直线传播，所以图A所对应的圆孔的孔径小于图B所对应的圆孔的孔径。9．(光的干涉和衍射的区别)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，只是亮条纹比原来暗些B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹宽些C．只有一条与缝宽对应的亮条纹D．无条纹，只存在一片红光答案B解析红光射向双缝时，光屏上呈现了干涉条纹，说明两缝都很窄，能够满足使红光发生明显衍射的条件，则挡住一条窄缝后，在屏上得到的是单缝衍射图样。衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现亮条纹，但衍射图样中央亮条纹较宽；两侧都出现明暗相间的条纹，干涉图样两侧为等间距的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间距的明暗相间的条纹，且亮条纹的亮度由中央向两侧逐渐减弱。故选B。10.(光的衍射的应用)(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同，则()A．这是利用光的干涉现象B．这是利用光的衍射现象C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了答案BD解析当障碍物的尺寸与光的波长相当或小于光的波长时，会发生明显的衍射现象，该装置利用了光的衍射现象；如果屏上条纹变宽，表明细丝变细。故B、D正确。11.(折射与干涉、衍射的综合)如图所示，a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果有相同的折射角。下列说法正确的是()A．b光在该介质中的折射率比a光大B．做单缝衍射实验时，若其他条件相同，用b光产生的中央亮条纹要比用a光产生的中央亮条纹宽C．用a光更易观测到泊松亮斑D．做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用a光产生的干涉图样中的条纹间距要比用b光产生的条纹间距大答案B解析由光路图可知，a光偏折程度较大，故其在该介质中的折射率较大，频率较高，波长较短；b光偏折程度较小，在该介质中的折射率较小，波长较长，易发生衍射，故用b光更易观测到泊松亮斑，A、C错误。做单缝衍射实验时，若其他条件相同，波长越长，中央亮条纹越宽，所以用b光产生的中央亮条纹较宽，B正确。做双缝干涉实验时，若其他条件相同，用b光产生的干涉图样中的条纹间距较大，D错误。12．(光的衍射现象)(多选)如图所示，照相机、天文望远镜都是利用光的折射或反射成像的，其原理都是几何光学，所成的像是由一个个几何“像点”组成的。而光是电磁波中的一种，由于波的衍射，事实上所成的像不是由严格的几何“像点”组成的，而是由一个个“光斑”组成的。若仅考虑衍射作用影响，下列说法正确的是()A．用同一照相机拍照，红外波段的照片会比可见光照片模糊B．用同一照相机拍照，紫外波段的照片会比可见光照片模糊C．为了提高反射式天文望远镜的清晰度，可以接收波长更长的电磁波成像D．为了提高反射式天文望远镜的清晰度，可以接收波长更短的电磁波成像答案AD解析由题意知，接收的光波波长越长，衍射现象越明显，组成像的“光斑”越大，清晰度越低。用同一照相机拍照，接收的光波波长越长，衍射越明显，成像越模糊，A正确，B错误；为了提高反射式天文望远镜的清晰度，应减弱衍射现象，则可以接收波长更短的电磁波成像，C错误，D正确。6．光的偏振激光1．通过实验，认识偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。2.了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。3.知道日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光在生产生活中的一些应用。4.了解激光的特点，能列举实例阐述激光的三个特性。一偏振1．横波与纵波的特点：在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在eq\x(\s\up1(01))同一直线上。在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向eq\x(\s\up1(02))垂直。2．偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是eq\x(\s\up1(03))不同的。这个现象称为“偏振现象”。3．偏振方向：eq\x(\s\up1(04))横波的振动方向。二光的偏振及偏振现象的应用1．光是一种eq\x(\s\up1(01))横波。2．偏振片的透振方向：每个偏振片都有一个特定的方向，eq\x(\s\up1(02))沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向eq\x(\s\up1(03))垂直的光不能通过，这个方向叫作“透振方向”。3．自然光和偏振光(1)自然光：太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于eq\x(\s\up1(04))传播方向上沿eq\x(\s\up1(05))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eq\x(\s\up1(06))相同。(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的光。4．偏振光的形成(1)自然光通过eq\x(\s\up1(07))偏振片后，得到偏振光。(2)自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，eq\x(\s\up1(08))反射光和eq\x(\s\up1(09))折射光都是偏振光。5．偏振现象的应用(1)照相机镜头前装偏振滤光片。(2)观看立体电影。三激光的特点及其应用1960年，美国物理学家eq\x(\s\up1(01))梅曼率先在实验室中制造出了eq\x(\s\up1(02))频率相同、eq\x(\s\up1(03))相位差恒定、eq\x(\s\up1(04))振动方向一致的光波，这就是激光。1．相干性及应用(1)相干性：激光具有高度的eq\x(\s\up1(05))相干性，激光eq\x(\s\up1(06))纯净的特性能在实际应用中带来很多方便。利用这个特点，双缝干涉实验和衍射实验，用激光比用自然光更容易完成。(2)应用：用来传递eq\x(\s\up1(07))信息。光纤通信就是eq\x(\s\up1(08))激光和eq\x(\s\up1(09))光导纤维相结合的产物。2．平行度及应用(1)平行度：激光的平行度eq\x(\s\up1(10))非常好，在传播很远的距离后仍能保持一定的eq\x(\s\up1(11))强度。(2)应用：进行精确的eq\x(\s\up1(12))测距。还可以利用激光束等各种实用的eq\x(\s\up1(13))指向设备，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引。3．亮度及应用(1)亮度：激光的亮度eq\x(\s\up1(14))很高，它可以在很小的eq\x(\s\up1(15))空间和很短的eq\x(\s\up1(16))时间内集中很大的eq\x(\s\up1(17))能量。(2)应用：可用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上eq\x(\s\up1(18))打孔，医学上可以用激光做“eq\x(\s\up1(19))光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜。4．激光还是eq\x(\s\up1(20))科学研究的有力工具。1．判一判(1)自然光与偏振光之间可以相互转化。()(2)光的偏振现象说明光波属于横波。()(3)只有利用偏振片才能获得偏振光。()(4)激光用于光纤通信是利用了它亮度高的特点。()(5)激光可用做“光刀”来切开皮肤，是利用了激光的纯净性好。()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2．想一想(1)自然光和偏振光的主要区别是什么？提示：在垂直于传播方向的平面内，自然光沿一切方向振动，偏振光沿某一特定方向振动。(2)自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？提示：自然光经水面反射和折射的光都一定是偏振光。(3)利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？提示：应用了其“平行度”非常好的性质。探究偏振现象及应用仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。(由特定材料制成的“偏振片”P、Q的功能类似图甲中的狭缝，类似狭缝的方向叫“透振方向”)活动1：波分为纵波和横波。纵波和横波的特点是什么？提示：纵波的振动方向与波的传播方向在同一直线上。横波的振动方向与波的传播方向垂直，沿同一方向传播的不同横波，振动方向可能不同。活动2：我们可以根据两种波的特点利用图甲装置确定机械波的类型，试简述其原理。提示：因为纵波的振动方向与传播方向在同一直线上，所以狭缝不论沿哪个方向，纵波都能通过，如甲(a)图所示；因为横波的振动方向与传播方向垂直，所以只有振动方向与狭缝方向相同时，横波才能完全通过，如甲(b)图所示；当狭缝与振动方向垂直时，横波完全不能通过，如甲(c)图所示；当狭缝与振动方向有夹角时，可将振动沿狭缝方向和垂直于狭缝方向分解，这时横波能部分通过狭缝。所以通过旋转狭缝可以确定某波是横波还是纵波。活动3：研究表明，光是一种横波。如乙(a)图所示，让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些。以光的传播方向为轴旋转偏振片P，发现透射光的强度不变。如何解释这种现象？如果光波是纵波，还能发生这种现象吗？提示：太阳以及日光灯发出的光，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。不能。如果光是纵波，阳光或灯光通过偏振片后透射光不会变暗，应该和透射前的相同。活动4：如乙(b)图所示，在偏振片P后面再放置另一个偏振片Q，透射光的强度没有发生变化；以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，如乙(c)图所示，此时没有透射光，这说明了什么？提示：说明透过偏振片P的光能完全透过偏振片Q(b)，而不能透过旋转90°后的偏振片Q(c)。1．自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光自然光通过偏振片后的光或经过折射、反射的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光沿所有方向振动，且沿各个方向振动的光波的强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光沿某一特定方向(与偏振片透振方向一致)振动2.偏振光的获得(1)利用偏振片来获得偏振光。让自然光通过偏振片，如图所示，就会变成在某一方向上振动的光。(2)自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光。(3)平时我们所看到的绝大部分光，除直接从太阳、白炽灯等光源发出的光以外都是不同程度的偏振光(部分偏振光)。而通过偏振片的光只在一个方向振动，是完全偏振光。3．光的偏振现象的应用(1)光的偏振现象有很多应用。如摄影师在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景象不清楚，如果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，就可以减弱反射光而使景象清晰。(2)夜晚行车时，对面照射过来的光很强，若加一个偏振片，可减弱光对眼睛的照射。(3)立体电影也是利用了光的偏振原理。例1(多选)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被旋转90°，这就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上电压，则旋光性消失。有一种透光式电子表的显示屏是透明的，而在显示数字的笔画处不透光，则关于该显示屏，下列说法正确的是()A．笔画处有电极，因此加上电压时变为不透明的B．笔画处没有电极，其余部分有电极C．上下两个偏振片的透振方向互相垂直D．上下两个偏振片的透振方向互相平行[实践探究](1)不加电压时，显示屏笔画处透明还是不透明？提示：透明。(2)不加电压时，笔画处上、下两偏振片的透振方向有什么关系？提示：互相垂直。[规范解答]由题知电子表的显示屏透明，而组成数字的笔画处有时透明，有时不透明，可知笔画处有电极，当加上电压时变为不透明的，其余部分没有电极，始终透明，所以加上电压时笔画处显示数字，A正确，B错误；电子表的显示屏是透明的，假设光从下向上传播，光线通过下偏振片时成为偏振光，如果液晶上不加电压，偏振光通过液晶时偏振方向旋转90°，此时光线能透过上偏振片，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，C正确，D错误。[答案]AC规律点拨自然光通过两偏振片的问题自然光通过偏振片1后，变为偏振光，偏振光的振动方向与偏振片2的透振方向是否一致影响着透射光的强度，当两者平行时，透射光光强最大，当两者垂直时，透射光的光强为零。[变式训练1]有一种魔术道具称为“穿墙而过”。其结构是两片塑料偏振片卷起来，放进空心的透明圆筒内，中间两偏振片重叠区域给观众感觉为一块“挡板”，如图甲所示。当圆筒中的小球从B端滚向A端，居然穿过了“挡板”，如图乙所示。则()A．该魔术说明光是横波B．该魔术对观众的观察角度有要求C．只用一片塑料偏振片也可以完成该魔术D．该魔术中对两偏振片卷起来的方式无要求答案A解析该魔术是通过光的偏振现象实现的，光的偏振现象说明光是横波，故A正确；任何角度的光都会发生偏振现象，故魔术对观众的观察角度无要求，B错误；偏振片的特点为当偏振片透振方向与偏振光的振动方向平行时，偏振光可以全部通过偏振片，当偏振片透振方向与偏振光的振动方向垂直时，偏振光不能通过偏振片，则在中间区域放透振方向相互垂直的两偏振片，将两偏振片卷起来且重叠，自然光通过两透振方向互相垂直的偏振片时，光强减弱，形成黑影，看起来就像一块“挡板”，一片偏振片无法完成该魔术，故C、D错误。探究激光及其应用仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：前面我们学习了光的干涉(图甲)，做双缝干涉实验时理想的光源应具备什么性质？提示：理想的光源应该频率相同、相位差恒定、振动方向一致。活动2：光是从物质的原子中发射出来的。普通光源如白炽灯，灯丝中大量原子随机发光，发出的光是否具备上述性质？提示：灯丝中某个原子在什么时刻发光、在哪个方向偏振，完全是随机的，发出的光传播方向各异，频率也不一定相同，这导致不同原子发出的光没有确定的相位差。因此，普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。这导致两个独立的普通光源发出的光不具备上述性质。活动3：人们经过探索，终于发明了理想光源——激光，它具有高度的相干性。图乙说明激光的另一个特点是什么？提示：与手电筒的光束比较，可知激光平行度好。活动4：图丙说明激光还有什么特点？提示：可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，即亮度高。1．激光激光是原子受激辐射产生的光，发出的光传播方向、偏振、相位等性质均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是相干光，激光是人工产生的光。2．激光的特点及应用特点性质应用相干性好激光具有频率单一、相位差恒定、振动方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的纯净性，即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精确的测距；提供目标指引；读取光盘上记录的信息等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”3.激光在科学研究上的应用(1)以激光为光源，科学家们可以深入研究原子、分子和固体材料的光谱，从而了解这些物质的结构。(2)利用激光，可以研究分子的运动和化学反应的过程。(3)利用激光制作的高精度光钟，可以实现对频率和时间的超高精度测量，这是人类能完成的最准确的测量之一。例2(多选)关于应用激光的事例中，下列说法正确的是()A．激光平行度好，可以用于测距B．激光能量十分集中，为治疗近视眼而研制的“激光刀”就利用了这个特点，优点是有效地减少了细菌的感染C．激光的亮度高，可以用于城市广场照明D．激光的相干性好，可用于双缝干涉实验[实践探究](1)光发生干涉的条件是什么？提示：频率相同、相位差恒定、振动方向一致。(2)激光的什么特点与干涉条件相符合？提示：激光具有高度的相干性。[规范解答]激光平行度好，即使传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，A正确；激光的亮度高，能量十分集中，可应用于金属的加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，B正确；激光具有很好的相干性，可应用于双缝干涉实验等，D正确；一般照明的灯光是辐射状的，而激光凝聚程度高，亮度高，容易烧坏物体，因此不能用于广场照明，所以C错误。[答案]ABD规律点拨激光相关问题解题关键(1)熟记激光的主要特点及应用。(2)激光作为一种光，具有光的一切性质，能发生衍射、干涉、反射、折射等，遵从反射定律、折射定律等。[变式训练2]科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化，这是引力波存在的直接证据。关于激光，下列说法中正确的是()A．激光是自然界中某种物质直接发光产生的，不是偏振光B．激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉C．用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环D．激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息答案D解析激光是人造光，也是偏振光，A错误；激光相干性好，只有频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两束激光才会发生干涉，B错误；用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等，C错误；激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息，D正确。1．(自然光与偏振光的区别)关于自然光和偏振光，下列观点正确的是()A．自然光能产生干涉和衍射现象，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答案D解析自然光和偏振光都能发生干涉、衍射现象，A错误；除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光，B错误；光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，C错误；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．(自然光与偏振光的区别)(多选)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、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光答案BD解析按自然光和偏振光的定义，自然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，而偏振光是在垂直于传播方向上，只沿某一特定方向振动的光，A错误，B正确；太阳、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光，自然光经过一个偏振片时，只有振动方向平行于偏振片透振方向的光才能完全通过偏振片，故自然光透过一个偏振片后变成偏振光，但偏振光再通过一个偏振片时，当偏振片的透振方向与偏振光的振动方向平行时，能通过偏振片，但仍然是偏振光，不是自然光，当透振方向与光振动方向垂直时，偏振光不能透过偏振片，故C错误，D正确。3．(激光的特点及应用)(多选)以下说法中正确的是()A．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性B．由于激光的方向性好，所以激光不能产生衍射现象C．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物D．科学家可以利用激光研究化学反应的过程答案ACD解析激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性，故A正确；激光相干性好，可以发生干涉、衍射现象，故B错误；光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，故C正确；科学家可以利用激光研究化学反应的过程，故D正确。4.(光的偏振原理)(多选)如图所示，位于S处的电灯发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则()A．图中a光为偏振光B．图中b光为偏振光C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮答案BD解析从电灯直接发出的光为自然光，它通过偏振片A后，变为偏振光，则A错误，B正确；由人眼在P处看不到光亮可知，A、B两偏振片的透振方向相互垂直，当以SP为轴将B转过180°后，两偏振片的透振方向仍垂直，在P处仍看不到光亮，当以SP为轴将B转过90°后，两偏振片的透振方向平行，在P处将看到光亮，C错误，D正确。5．(光的偏振的应用)在日落时分拍摄水面下的景物时，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．最大限度地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进入镜头的强度D．减弱光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度答案B解析日落时分的阳光照射到水面上时，反射光很强，照相机镜头对着水面时，进入镜头的光线既有阳光经水面的反射光，又有由水中折射入空气的折射光，折射光线进入镜头所摄得的照片才是水下景物的像。在镜头前安装一个偏振片，转动偏振片使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，即可最大限度地阻止反射光进入镜头，增强图像的清晰度，B正确。6．(光的偏振的应用)如图所示是观看立体电影时放映机镜头上的偏振片和观看者所戴的偏光眼镜的配置情况，其中正确的是()答案B解析立体电影是利用光的偏振现象来实现的。两台放映机同时放映着从不同角度同时拍摄的场景，并且放映机采用正好垂直的偏振光进行放映，观看者所戴的眼镜左、右镜片的透振方向正好也相互垂直。只有透振方向与某束偏振光的偏振方向平行的镜片才能透过该束偏振光，这样，两只镜片分别只能透过来自两台放映机中某一台的偏振光，则观看者同时能获得两束带有不同信息的光线，在脑海中便能复合成立体感很强的场景，所以B图所示情况正确。7．(光的偏振的应用)(多选)旋光仪可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：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，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。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，则下列说法中正确的是()A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度