高中物理专项复习：光的偏振 激光

第5节光的衍射

第6节光的偏振激光

学习目标要求核心素养和关键能力

1.观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点。

2.知道产生明显衍射现象的条件。1.通过推理得出光是一种横波

3.观察光的偏振现象，知道光是横波。的物理思维方法。

4.知道自然光和偏振光的区别，知道偏振现象的2.通过观察实验,得到光产生明

一些应用。显衍射现象的条件。

5.了解激光的特征和应用。

知识点一光的衍射与衍射光栅

上情境导学

取3块不透光的板，在每块板的中间各开1个圆孔，3块板所开的圆孔大小不一。

先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现一个明亮的圆形光斑如图a;

再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图b图样；最后用圆孔最小（直径约为

Imm）的那块板，在屏上会出现图c图样。

aJ」

（i）图b中的屏上，产生了什么现象？

（2）比较屏上图b和图c说明了什么？

提示（1）衍射（2）孔越小，衍射现象越明显

要点梳理

❶光的衍射

（1）用单色平行光照射狭缝，当缝很室时，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当，甚至比光的

波长还小的时候，衍射现象十分明显。

❷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，花射条纹的宽度变室，亮度增加。

(3)种类：透射光栅和反射光栅。

深化提升

三种衍射图样的特点

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

的亮条纹逐渐变喑变窄；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。如图所示。

(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。衍射图样如图所示。

（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。

.角度1光的衍射现象

【例1】（多选）关于光的衍射现象，下列说法正确的是（）

A.红光的单缝衍射图洋是红暗相间的直条纹

B.白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹

C.光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射

D.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

答案AC

解析红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的衍射图样是

彩色条纹，A正确，B错误；光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，

是衍射现象，C正确；光照到大圆孔上出现大光斑，大光斑的边缘模糊，正是光

的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，D错误。

一角度2单缝衍射与双缝干涉的比较

[例2]（2022•内蒙古北重三中期中）如图，a、b、c、d四个图样是两种单色光

用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点（黑色为亮条纹,

a图样的亮条纹间距比b图样大，c图样中央亮纹比d图样宽）可以得出的正确结

论是（）

mmaIIbIHIIIeIIIIIdIImull

A.a.b是光的衍射图样，c、d为光的干涉图样

B.a、b是光的干涉图样，c、d为光的衍射图样

C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短

D.在同种介质中，形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率大

答案B

解析双缝干涉图样的条纹是等间距的，而衍射条纹间距不相等，则知a、b是光

的干涉图样，c、d是光的衍射图样，故A错误，B正确；根据心=今可知，光

的波长越长，双缝干涉相邻条纹间距越大，则知形成a图样的光的波长比形成b

图样的光的波长长，故C错误；波长越长，频率越小，折射率越小；形成a图样

的光的波长比形成b图样光的波长长，则形成a图样的光的折射率比形成b图样

的光的折射率小，故D错误。

【训练1】(多选)对于光的衍射现象，下列说法正确的是()

A.只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比，甚至比光波波长还要小的时候，

才能产生明显的衍射现象

B.衍射现象是光特有的现象，只有光才会发生彳干射

C.光的桁射现象否定了光沿直线传播的结论

D.光的衍射现象说明了光具有波动性

答案AD

解析光的衍射现象说明了光具有波动性，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，衍射现象比较明显，在光的波长比障碍物的尺寸小

的情况下，光可以看成是沿直线传播的，所以光的衍射现象和光沿直线传播是不

矛盾的，它们是光在不同条件下产生的两种现象，衍射现象是波特有的现象，不

是光特有的现象，故正确的选项是A、Do

知识点二光的偏振

要点梳理

❶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”。

❷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想同。这种光是“自然光”。

②偏振光：在垂直于倒包的平面上，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。

深化提升

自然光与偏振光的比较

自然光偏振光

光的来自然光通过偏振片后的光或由

直接从光源发出的光

不源某种介质反射或折射的光

同在垂直于光的传播方向的平面内，在垂直于光的传播方向的平面

光的振

点光振动沿所有方向，且沿各个方向内，光振动沿某个特定方向（与

动方向

振动的光波的强度都相同偏振片透振方向一致）

相同点不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直

【例3】（多选）关于光的偏振，下列说法正确的是（）

A.自然光通过偏振片后，就得到了偏振光

B.拍摄水面下的景物时，加偏振片可使像更清晰

C.所有的波都具有偏振现象

D.立体电影是应用光的偏振的一个实例

答案ABD

解析自然光通过偏振片后，从而得到在某一方向振动的光，这就是偏振光，故

A项正确；拍摄水面下的景物时，为防止反射光的干扰，所以在照相机镜头前装

一个偏振片可减弱水面反射光的影响，故B项正确；只有横波才能发生光的偏振

现象，故C项错误；立体电影的制作利用了光的偏振现象，放映的时候也是用双

镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振光片，观众戴的眼镜上也

有相对应方向的偏振光片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，故

D项正确。

【训练2】如图所示，白炽灯的右侧依次放置偏振片尸和0,彳点位于P、。之

间，8点位于。右侧，旋转偏振片尸，A.8两点光的强度变化情况是（）

A.A、B均不变B.A.5均有变化

C./不变，B有变化D.4有变化，B不变

答案C

解析旋转偏振片P,A处得到的是强度始终相同的偏振光，偏振光再经过偏振

片。，8处的光强随着P的转动而变化，当。的透振方向与经过夕的偏振光的振

动方向垂直时，8处的光强最弱，选项C正确。

知识点三激光的特点与应用

要点梳理

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，是人工产光纤通信

生的相干光，具有高度的相干性

平行度好：激光的平行度非常好,传播激光测距，为枪械、火炮、导弹等武器

很远的距离后仍能保持一定的强度提供目标指引

亮度高：它可以在很小的空回和很短的用激光灵切割、焊接，医学上可以用激

时间内集中很大的能量光做“光刀”，激发核聚变等

深化提升

【例4】关于激光的应用，下列说法正确的是（）

A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维

中传递信息的

B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点

C.医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点

D.“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

答案C

解析由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误；计

算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗

中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；激光测距利用的是激

光的平行度好的特点，D错误。

随堂对点自测

1.（光的彷射）（2022•山东枣庄检测）下列现象中属于光的衍射现象的是（）

A.雨后天空美丽的彩虹

B.阳光下肥皂膜的彩色条纹

C.光通过三棱镜产生的彩色条纹

D.对着日光灯从两铅笔缝中看到的彩色条纹

答案D

解析雨后天空美丽的彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成

的，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫作光的色散现象，A错

误；日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹属于光的二涉，故B错误；一束白光通过

三棱镜形成彩色光带属于光的折射现象，故C错误；通过一个狭^观察日光灯可

看到彩色条纹，属于单缝衍射，故D正确。

2.（光的偏振）如图所示，让太阳光（自然光）通过〃上的小孔S后照射到〃右方的

偏振片尸上，尸的右侧再放一光屏0,现使尸绕着平行于光传播方向的轴匀速转

动一周，则关于光屏Q上的亮度变化情况，下列判断中正确的是（）

A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光

B.光屏上亮度基本不变

C.光屏上亮、暗交替变化出现

D.光屏上只有一条亮线随偏振片的转动而转动

答案B

解析太阳光是自然光，在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿任意方向，

且各个方向上的光振动强度相同，所以旋转偏振片只能改变光振动的方向，不能

改变光的强度。故B正确。

3.（激光）（多选）关于激光，下列说法正确的是（）

A.激光是用人工方法激发的一种特殊的光

B.自然界中某些天然物体也可以发出激光

C.激光可以像刀子一样切除肿瘤

D.由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象

答案AC

解析激光是用人工方法激发的一种特殊的光，是人工产生的，不是天然光，A

正确，B错误；激光亮度高，能量集中，可以像刀子一样切除肿瘤，C正确；激

光和自然光一样能发生衍射现象，D错误。

课后巩固训练色时：35分钟）

对点题组练

题组一光的衍射

1.如图所示的四个图样中哪个是著名的泊松亮斑（）

AB

D

答案B

解析泊松亮斑为光绕过不透光的圆盘而在圆盘阴影中心形成的一个亮斑，其图

样周围还有明暗相间的圆环，故选项B正确；题图A小孔较大，没发生明显的衍

射，题图D小孔较小，发生了小孔衍射，题图C为干涉条纹。

2.（多选）抽制细丝时可用激光监控其粗细，激光束越过细丝时产生条纹的规律和

激光束通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生条纹的规律相同，则下列说法正确的

是（）

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

解析由于是激光束越过细丝，也就是通过障碍物，所以这是利用光的衍射现象，

A错误，B正确；当细丝较细时，细丝的直径比较接近激光的波长，衍射现象会

较明显，条纹宽度会更宽一些，C错误，D正确。

3.（2022•云南昆明联考）关于光的衍射，下列说法正确的是（）

A.只有当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时，才会发生光的衍射现象

B.当光的波长大于障碍物或小孔的尺寸时，不会发生明显的衍射现象

C.单色光的单缝衍射图样是亮暗相间的条纹

D.光照到较大圆孔上时，屏上出现大光斑，不存在光的衍射

答案C

解析衍射现象不论波长与障碍物或小孔的尺寸如何，都会发生，只是当光的波

长与障碍物的尺寸相近时或者遇到小于该光波长的障碍物时，才会发生明显的衍

射，故A、B错误；单色光的单^衍射图样是亮暗相间的条纹，故C正确；屏上

大光斑的边线很模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，故D错

误。

题组二光的偏振

4.夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车的司机照射得睁不开眼睛，影响

行车安全，若将汽车前灯玻璃和汽车前窗玻璃都改用偏振玻璃，使双方司机都看

不见对方耀眼的灯光，但能看清自己车灯发出的光所照亮的物体，则所有的汽车

前窗玻璃、前灯玻璃的透振方向应该是（）

A.前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向是水平的

B.前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向也是竖直的

C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45。，前灯玻璃的透振方向是斜向左上45。

D.前窗玻璃的透振方向和前灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°

答案D

解析如果每辆汽车的前灯玻璃和司机座位前面的玻璃都改为偏振玻璃，并使它

们的透振方向都跟水平方向成45。，就可以解决这个问题.这时，从对面车灯射

来的偏振光，由于振动方向跟司机座位前玻璃上的透振方向垂直，所以不会射进

司机眼里；而从自己车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己窗玻璃上的透振

方向相同，所以司机仍能看清自己车灯照亮的路面和物体，故D正确。

5.（2022•江苏苏州期中统考）如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片4和B,

人眼在尸处迎着入射光方向，看不到光亮，贝火）

A.图中。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，在尸处将看到光亮

D.以SP为轴将4转过90。后，在P处仍看不到光亮

答案B

解析自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着

某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，故A错误；它通过/偏

振片后，即变为偏振光，图中b光为偏振光，故B正确；人眼在。处迎着入射光

方向，看不到光亮，说明《、8两个偏振片的透振方向是互相垂直的，以SP为轴

将8转过180。后，并没有改变8的透振方向，所以在P处仍然看不到光亮，故C

错误；以为轴将3绮过90。后，3点透振方向刚好与力的透振方向平行，通过

偏振片/的光线也能透过偏振片丛在P处可以看到光亮，故D错误。

题组三激光

6.纳米科技是跨世纪新科技，使激光束的宽度在纳米级范围内，可恢复人体已损

坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症彻底

根除，这主要是利用激光的（）

A.单色性B.方向性

C.高能量D.偏振性

答案C

解析激光由于能把巨大能量高度集中地辐射出来，所以在医学上作“光刀”切

开皮肤、切除肿瘤或做其他外科手术。故C正确。

7.（多选）激光被誉为“神奇的光”，关于激光的应用，下列说法中正确的是（）

A.激光用来控制核聚变，是因为官的方向性好，光源的能量能集中在很小一点

上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度

B.由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息

C.用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响

D,能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光通过地球大气不会发生

折射

答案AB

解析激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量能集中在很小一

点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度，故A正确；由于激光是相干光，

所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故B正确；用激光拦截导弹,

摧毁卫星，是因为激光方向性好、能量高，故C错误；能利用激光测量地面到月

球表面的距离，是因为激光平行度好、方向性好，故D错误。

综合提升练

8.（2022・辽宁选科新题型测试）关于下列四幅图所涉及的光学知识中，说法正确

的是（）

A.图甲检查工件的平整度利用九的衍射现象

B.图乙医用内窥镜利用光的干涉现象

C.图丙在坦克内壁上开孔安装玻璃利用光的折射现象扩大视野

D.图丁泊松亮斑是由于光的偏振现象产生的

答案C

解析图甲检查工件的平整度利用光的干涉现象，故A错误；图乙医用内窥镜利

用光的全反射现象，故B错误；图丙在坦克内壁上开孔安装玻璃利用光的折射现

象扩大视野，故C正确；图丁泊松亮斑是由于光的衍射现象产生的，故D错误。

9.（2022•福建三明一中期中）下列说法正确的是（）

A.“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时声波比可见光容易发生

衍射

B.用超声波被血流反射回来其频率发生变化可测血流速度，是利用了波的干涉

现象

C.光学镜头上的增透膜是利用光的偏振

D.用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的偏振现象

答案A

解析波长越长越容易发生衍射现象，声波比可见光波长长，所以遇到同样障碍

物时声波比可见光容易发生衍射，AIF确：利用多普勒效应，当波源与接收装置

间距变化时，接收装置接收的频率与波源发出频率不相同，则可测量血流速度，

B错误；镜头上的增透膜，运用振动情况相反，相互减弱，从而减少光的反射，

是利用光的干涉现象，C错误；透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度，

是利用空气薄层两个反射面，得到频率相同的光，从而相互叠加，形成光的干涉

条纹，D错误。

10.（多选）用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验，比普通光源效果更好，图样

更清晰。如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通

过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况（如图所示）。下列说法

正确的是（）

光传感元件

□__光屏

丙

A.当做单缝实验时，光强分布图如乙所示

B.当做单缝实验时，光强分布图如丙所示

C.当做双缝实验时，光强分布图如乙所示

D.当做双缝实验时，光强分布图如丙所示

答案AD

解析当做单缝实验时，中央是亮条纹，往两侧条纹亮度逐渐降低，且亮条纹的

宽度不等，所以其光强分布图如题图乙所示，A项正确，B项错误；当做双缝实

验时，在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹，所以其光强分布图如题图丙所示，C

项错误，D项正确。

11.（2022•江苏如皋调研）如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日

晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳

光射到六角形冰晶上时的光路图，。、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列

说法正确的是（）