4.5-4.6光的衍射和光的偏振　激光（解析版）

4.5-4.6光的衍射和光的偏振激光学习目录学习目录考点一、光的衍射 1考点二、衍射光栅 1考点三、偏振 4考点四、激光的特点及其应用 5【巩固练习】 9知识知识掌握考点一、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：在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显．考点二、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．（2023•重庆模拟）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（）A．甲图属于圆孔衍射 B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑 C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的 D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里【解答】解：A．根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，乙图是光线照射到圆板后的衍射图样，即图乙为著名的“泊松亮斑，故A正确；B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。本题选择错误的，故选：B。（2023•奉贤区二模）一束激光照在很小的圆盘上，在屏上观察到如图所示的图样，在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是（）A．圆盘中心有个小孔，这是光的衍射现象 B．圆盘中心有个小孔，这是光的干涉现象 C．圆盘中心是不透光的，这是光的衍射现象 D．圆盘中心是不透光的，这是光的干涉现象【解答】解：当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，亮斑的周围是明暗相间的环状条纹，这就是泊松亮斑，说明光线偏离原来的直线方向传播，是激光绕过不透光的圆盘发生衍射形成的，泊松最初做本实验的目的是推翻光的波动性，而实验结果却证明了光的波动性，故ABD错误，C正确。故选：C。（2022秋•徐州期末）用激光a和激光b分别照射同一狭缝，得到的衍射图样如图所示。两束激光的频率分别为νa、νb，波长分别为λa、λb，则下列关系正确的是（）A．νa＜νb B．νa＝νb C．λa＜λb D．λa＝λb【解答】解：根据单缝衍射的特点可知，光的波长越大，单缝衍射中央亮条纹越宽，由图可知a的波长大于b，即λa＞λb，由ν=cλ可知，νa＜ν故选：A。（2022秋•房山区期末）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．图为干涉图样 B．图为衍射图样 C．只减小狭缝宽度，中央亮纹宽度会变窄 D．当狭缝宽度调到很窄时，中央亮条纹亮度升高【解答】解：AB.如图所示为一束红光经过狭缝装置得到的图样，是单缝衍射图样，故A错误，B正确；C.根据单缝衍射图样特点，减小狭缝宽度，中央亮纹宽度会变宽，故C错误；D.根据单缝衍射图样特点，当狭缝宽度调到很窄时，中央亮条纹亮度降低，故D错误；故选：B。（2023•南平模拟）如图甲所示，每年夏季我国多地会出现日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，发生折射或反射形成的。一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上发生折射，其光路图如图乙所示，a、b为其折射出的光线中两种单色光，下列说法正确的是（）A．在冰晶中，b光的传播速度较大 B．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较小 D．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽【解答】解：A.由图看出，太阳光射入六角形冰晶时，入射角相等而a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律得知，六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由n=cv可知vB.由临界角公式sinC=1C.a光的折射率小于b光的折射率，a光的频率小于b光的频率，所以a光的波长大于b光的波长，根据Δx=LdD.b光的折射率大，波长短，波动性弱，当用b做单缝衍射实验，要比用a做时中央亮条更窄，故D错误。故选：B。考点三、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，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，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．考点四、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、偏振方向一致的特点，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”，激发核聚变等（2023春•沈阳期中）光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列选项符合实际应用的是（）A．立体电影利用了光的干涉 B．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振 C．在光导纤维内传送图像是利用光的衍射 D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离【解答】解：A．立体电影利用了光的偏振现象，不是干涉现象，故A错误；B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故B错误；C．在光导纤维内传送图像是利用光的全反射现象，减少能量损失，故C错误；D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离，减小测量误差，故D正确。故选：D。（2023春•东莞市校级月考）下列关于光学现象的说法正确的是（）A．激光的相干性好，可以用于精确测距 B．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的衍射现象 C．观看3D立体电影时，观众戴的眼镜是应用光的全反射原理制成的 D．唐诗“潭清疑水浅，荷动知鱼散”中“疑水浅”是由于发生了光的折射【解答】解：A．激光的相干性好可以用来通信，激光的平行度好可以用来测距，故A错误；B．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的干涉现象，故B错误；C．观看3D立体电影时，观众戴的眼镜是应用光的偏振原理制成的，故C错误；D．人看到的水底是光从水中斜射入空气中时发生折射形成的虚像，属于光的折射，像的位置比实际物体要浅，所以看上去水底浅，实际上很深，故D正确。故选：D。（2023春•天津期中）下列有关光现象的说法正确的是（）A．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点 B．光导纤维传递光信号是利用光的折射原理 C．利用红光做单缝衍射实验时，单缝宽0.4mm时形成的中央亮条纹比单缝宽0.8mm时形成的中央亮条纹要窄 D．光的偏振现象说明光是一种横波【解答】解：A.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光平行度好，方向性好的特点，故A错误；B.光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，故B错误；C.利用红光做单缝衍射实验时，单缝宽0.4mm时形成的中央亮条纹比单缝宽0.8mm时形成的中央亮条纹要宽，故C错误；D.光的偏振现象说明光是一种横波，故D正确。故选：D。（2022秋•六盘水期末）立体电影（3D电影），观看3D电影时，需要戴上一种偏光3D眼镜，此时能给人一种立体感。下列说法中正确的是（）A．不戴3D眼镜，看到的电影画面也很清晰，只是没有立体感 B．用3D眼镜观看3D电影应用了光的偏振现象 C．观看3D电影所用的3D眼镜与普通眼镜的功能是一样的 D．戴上3D眼镜观看3D电影时，左右两眼看到的画面是一模一样的【解答】解：A．3D立体电影是用两台摄像机从不同角度拍同一个画面拍摄出来的，因此如果只是裸视看这样的电影，画面是重的，看到的电影画面不清晰，故A错误；B．3D眼镜本质上是一种偏振光眼镜，通过调节透振方向，左眼只能看“左视”画面，右眼只能看“右视”画面，通过双眼的会聚功能将左右像叠加在眼底，由大脑产生三维视觉效果，因此银幕上的画面就产生了立体感，故B正确；C．根据上述可知3D眼镜本质上是一种偏光眼镜，因此观看3D电影所用的3D眼镜与普通眼镜的功能不一样，故C错误；D．3D眼镜是靠左右眼看到不一样的图像形成双目视差，所以左右两眼看到的画面不一样，故D错误。故选：B。（2022秋•雁峰区校级期末）对于以下的光学现象说法中正确的是（）A．图甲是双缝干涉示意图，若只增大两个狭缝S1、S2间的距离d，相邻亮条纹间距离Δx将增大 B．图乙是单色光单缝衍射实验现象，若在狭缝宽度相同情况下，上图对应光的波长较短 C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的 D．图丁中的P、Q是偏振片，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是纵波【解答】解：A．根据Δx=lB．由图可知，上图的衍射现象比下图更明显，可知在狭缝宽度相同情况下，下图对应的光波长较短，故B错误；C．由图可知，条纹向空气薄膜较厚处发生弯曲，说明弯曲处的光程差变短，空气薄膜间距变小，则被检测的平面在此处是凸起的，故C正确；D．缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，表明光振动的方向与传播的方向垂直，光波是横波，故D错误。故选：C。知识知识深化1．单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大．2.圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环．如图1所示．图1(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．(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．3．圆板衍射(泊松亮斑)(1)若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．衍射图样如图2所示．图2(2)中央是亮斑，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．二、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．【巩固练习】（2023春•天河区校级期中）关于光的特性，下列描述正确的是（）A．同一种色光，在不同介质中波长、频率均不同 B．雨后路面上的油膜形成彩色的条纹，是光的衍射现象 C．分别用单色红光和单色绿光通过同一双缝干涉装置，后者条纹间距较宽 D．光照射到不透明的小圆盘上，在小圆盘背后阴影区出现泊松亮斑是光的衍射现象【解答】解：A、同一种色光总是频率相同的，在不同介质里波长和波速不同，频率是相同，故A错误；C、根据光的干涉公式：Δx=LλB、雨后路面上的油膜上形成的彩色条纹是由光的薄膜干涉，故B错误；D、光照射到不透明的小圆盘上，在小圆盘背后阴影区出现泊松亮斑是光的衍射现象，故D正确。故选：D。（2023春•天河区校级期中）关于教材中出现的以下四张图片，下列说法不正确的是（）A．图1所示疾驰而过的急救车使人感觉音调变化，是由于波的叠加引起的 B．图2所示竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的干涉产生的 C．图3所示泊松亮斑现象是由于光的衍射产生的 D．图4所示水中的气泡看上去特别明亮，是由于光的全反射引起的【解答】解：A．图1，疾驰而过的急救车使人感觉音调发生变化，这是由于多普勒效应引起的，故A错误；B．图2，竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的薄膜干涉产生的，故B正确；C．图3，泊松亮斑现象是由于光的衍射产生的，故C正确；D．图4，水中的气泡看上去特别明亮，是由于光从水进入气泡时发生了全反射引起的，故D正确。本题选不正确的，故选：A。（2023•泉州模拟）如图，被熏黑的铁球表面有一层很薄的碳颗粒层，将其放入水中，碳颗粒层与水之间又形成了一空气层，看上去变得锃亮。这属于光的（）A．折射现象 B．全反射现象 C．干涉现象 D．衍射现象【解答】解：碳粒层与水之间又形成了一空气层，光由空气进入水会发生折射现象，但是光线由水内部射向空气时，由于角度问题大部分光线发生了全反射，一般要经过2次或者更多次全反射之后才折射出来，即光线在经过很多路径才传播出来，由于这些光路重叠交织在一起，所以看起来会比较亮。这是光的全反射现象所形成的。故ACD错误，B正确；故选：B。（2022秋•鄄城县校级期末）2022年9月10日是农历八月十五日的中秋望月，各地月出时刻约为18点10～20分，所以傍晚升起的月亮可以说是最圆的月亮，关于光现象及其应用，下列说法正确的是（）A．海市蜃楼是由于光在不均匀介质中发生光的折射造成的 B．光的衍射现象说明光具有粒子性，全息照相主要是利用了光的衍射现象 C．无影灯是应用光的衍射现象，分光镜是利用光的全反射原理 D．红黄绿交通信号灯中，红光波长最短，最不易发生明显衍射【解答】解：A、夏天由于大气的不均匀，海面上的下层空气，温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大，我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的，远处的山峰、船舶、楼台、人等发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，而产生了“海市蜃楼”现象，故A正确；B、光的行射现象说明光具有波动性，全息照相利用了光的干涉现象，故B错误；C、无影灯是利用光的直线传播原理，分光镜是应用光的折射而产生色散的原理，故C错误；D、交通信号灯采用的红黄绿三种色光中，红光波长最长，最易发生明显衍射，故D错误。故选：A。（2022秋•古冶区校级期末）抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，观察激光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化。下列说法正确的是（）A．这里应用的是光的色散现象 B．这里应用的是光的偏振现象 C．如果屏上条纹变窄，表明抽制的丝变细 D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细【解答】解：当障碍物的尺寸与波的波长相当，或小于波的波长，会发生明显的衍射，该装置的原理是运用光的衍射现象，如果屏上条纹变宽，则金属丝变细。故D正确，A、B、C错误。故选：D。（2022春•宝应县校级期中）如图所示，一束光射向一块半球形玻璃砖底面中心O点，经折射后分成a、b两束光。则下面结论正确的是（）A．若a为蓝光，那么b有可能黄光 B．在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度 C．在玻璃中，a光的临界角大于b光的临界角 D．b光相对于a光更容易发生明显衍射现象【解答】解：A、a光和b光从空气射入玻璃，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律得：n=sinαsinβ，其中α为入射角，B、由v=cC、设临界角为C，则sinC=1D、波长越长，频率越小，越容易发生明显衍射现象，则a光比b光更容易发生明显衍射现象，故D错误。故选：C。（多选）（2023•浙江模拟）如图是一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物则根本看不到。下列说法中正确的是（）A．水下的石头看起来的深度比实际深一些 B．远处水面下景物的光线射到水面处可能发生了全反射 C．可以利用偏振片“过滤”掉山峰和天空彩虹的倒影 D．远处对岸山峰和天空彩虹的倒影十分清晰，是由于光的干涉所引起的【解答】解：A、水下石头反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得石头位置变浅了，所以水下的石头看起来的深度比实际浅一些，故A错误；B、远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，当入射角大于等于全反射临界角时能发生全反射，光线不能射出水面，因而看不见，故B正确；C、水面反射的光为偏振光，可以利用偏振片“过滤”掉山峰和天空彩虹的倒影，故C正确；D、远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了反射，故D错误；故选：BC。（2022春•宝应县校级期中）下列说法不正确的是（）A．戴上特制眼镜看3D电影有立体感是利用了光的偏振原理 B．雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的折射现象 C．激光全息照相时利用了激光相干性好的特性 D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃的反射光【解答】解：A、戴上特制的眼镜观看3D电影产生立体视觉，是利用光的偏振现象，在两只眼睛中产生的视觉差，故A正确。B、雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的薄膜干涉造成的，