物理人教版高中選擇性必修一（2019年新編）4-6 光的偏振 激光（教案）

§4.5光的衍射§4.6光的偏振激光一、學習目標1.知道光的衍射現(xiàn)象，知道幾種衍射現(xiàn)象的圖樣。2.理解光產(chǎn)生明顯衍射的條件。3.知道衍射光柵的結構和衍射圖樣的特點，知道衍射光柵的兩種分類。4.知道偏振現(xiàn)象，知道偏振是橫波特有的性質。5.知道偏振現(xiàn)象的應用。6.了解激光的特性和應用。二、學習過程【問題探究】(1)讓一束紅光照射在游標卡尺兩個卡腳之間的縫上，逐漸減小兩個卡腳之間的距離，使縫越來越小，觀察照在屏幕上光斑的變化．縫寬大約多大時屏幕上出現(xiàn)條紋？縫間距變小時，條紋有什么變化？(2)用象？【答案】(1)大約0.8mm時會出現(xiàn)條紋，當縫間距變小時，屏幕上條紋間距逐漸變寬，但亮度逐漸減弱．(2)會觀察到中央為亮圓，周圍為彩色的圓環(huán)．【知識點1】光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當縫很窄時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當寬的地方．這就是光的衍射現(xiàn)象．2．各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現(xiàn)明暗相間的條紋．3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：在障礙物的尺寸與光的波長相當，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯．例題1、讓太陽光垂直照射一塊遮光板，板上有一個可以自由收縮的三角形孔，當此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時，在孔后的屏上將先后出現(xiàn)(????)A.由大變小的三角形光斑，直至光斑消失

B.由大變小的三角形光斑、明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失

C.由大變小的三角形光斑，明暗相間的條紋，直至黑白色條紋消失

D.由大變小的三角形光斑、圓形光斑、明暗相間的彩色條紋，直至條紋消失【答案】D【解析】當孔足夠大時，由于光的直線傳播，所以屏上首先出現(xiàn)的是三角形光斑，之后隨著孔的繼續(xù)縮小，出現(xiàn)小孔成像，成的是太陽的像，故為小圓形光斑，隨著孔的進一步縮小，當尺寸與光波波長相當時，出現(xiàn)明暗相間的衍射條紋，最后隨孔的閉合而全部消失，所以只有D正確。例題2、關于光的衍射，下列說法正確的是(????A.電磁波中頻率最高的γ射線，最容易用它來觀察衍射現(xiàn)象

B.泊松亮斑是光通過小圓盤發(fā)生衍射時形成的

C.單縫衍射形成的條紋寬度相同、亮度相同

D.光的衍射現(xiàn)象說明光具有粒子性【答案】B【解析】A.電磁波中頻率最大為γ射線，波長最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故A錯誤；

B.泊松亮斑是光通過不透明的小圓盤發(fā)生衍射時形成的，故B正確；

C.單縫衍射形成的條紋寬度與亮度都不相同，故C錯誤；

D.光的衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，并不是粒子性，故D錯誤。

故選B?！局R點2】單縫衍射與雙縫干涉的比較1．不同點(1)產(chǎn)生條件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(單縫衍射：狹縫足夠小發(fā)生明顯衍射,雙縫干涉：頻率相同的兩列光波相遇疊加))(2)圖樣eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(單縫衍射的圖樣是中央為最寬最亮的亮條紋，,兩側亮條紋變暗變窄,雙縫干涉的圖樣是亮度相同的等間距的條紋))2．相同點(1)都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或減弱的結果．(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波．2．衍射光柵(1)構成：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學元件．(2)增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加．(3)種類：透射光柵和反射光柵．例題3、某同學用紅光做實驗，拍攝到屏上亮條紋的照片如圖甲、乙所示，則該同學做的是A.單縫衍射實驗，甲圖中單縫的寬度小

B.單縫衍射實驗，乙圖中單縫的寬度小

C.雙縫干涉實驗，甲圖中雙縫到屏的距離大

D.雙縫干涉實驗，乙圖中雙縫到屏的距離大【答案】A【解析】甲和乙圖中條紋寬度不同，應是單縫衍射實驗；

衍射條紋隨著縫間距越小，衍射條紋越大，故甲圖中單縫的寬度小；

故A正確，BCD錯誤；

故選A。例題4、如圖所示的4種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器和同一單縫衍射儀器形成的圖樣(黑色部分表示亮條紋).下列說法正確的是A.甲圖是紅光通過單縫衍射儀器形成的圖樣

B.乙圖是藍光通過單縫衍射儀器形成的圖樣

C.丙圖是藍光通過單縫衍射儀器形成的圖樣

D.丁圖是紅光通過雙縫干涉儀器形成的圖樣【答案】B【解析】AC.雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，故從甲和丙兩個是雙縫干涉現(xiàn)象，根據(jù)雙縫干涉條紋間距Δx=ldλ可知波長λ越大，△x越大，故甲是紅光，丙是藍光；故ABD.單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側寬度越小越暗，而波長越大，中央亮條紋越粗，故丁為紅光單縫衍射圖樣，乙是；藍光的單縫衍射圖樣。故B正確，D錯誤。故選B。【知識點3】偏振1．偏振現(xiàn)象：不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向也可能不同，這種現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”，橫波的振動方向稱為“偏振方向”．2．光的偏振(1)偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，沿著這個方向振動的光波能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”．(2)自然光和偏振光①自然光：太陽、日光燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同．這種光是“自然光”．②偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動，這種光叫作偏振光．(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波．例題5、小華通過偏振太陽鏡觀察平靜水面上反射的陽光，轉動鏡片時發(fā)現(xiàn)光有強弱變化。下列說法能夠解釋這一現(xiàn)象的是(????)A.陽光在水面反射后的反射光是偏振光，鏡片起起偏器的作用

B.陽光在水面反射后的反射光是偏振光，鏡片起檢偏器的作用

C.陽光在水面反射時沒有發(fā)生偏振，鏡片起起偏器的作用

D.陽光在水面反射時沒有發(fā)生偏振，鏡片起檢偏器的作用【答案】B【解析】解：陽光屬于自然光，陽光在水面發(fā)生反射后的反射光是偏振光，轉動鏡片時發(fā)現(xiàn)光有強弱變化，是由于鏡片相當于檢偏器，起檢偏器的作用，故ACD錯誤，B正確。

故選：B。例題6、如圖所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片P或Q，可以看到透射光的強度會發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象．這個實驗表明(????)A.光是電磁波 B.光是一種橫波

C.光是一種縱波 D.光是一種概率波【答案】B【解析】解：縱波振子是沿傳播方向震動的，所以它可以通過那個紙板上的眼，也就不能偏振了。而橫波振子是沿與傳播方向垂直的方向震動的，而且振子的平衡位置不變，當波傳到紙板處，這里的振子無法震動，部分波就無法傳過去了，即發(fā)生了“偏振”現(xiàn)象，故B正確，ACD錯誤。

故選：B?！局R點4】激光的特點及其應用特點應用相干性強：激光具有頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的特點，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度好：激光的平行度非常好，傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度激光測距，為槍械、火炮、導彈等武器提供目標指引亮度高：它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量用激光束切割、焊接，醫(yī)學上可以用激光做“光刀”以及激發(fā)核聚變等例題7、如果激光直接照射人的眼睛，聚于感光細胞時引起的蛋白質凝固變性是不可逆的損傷，會造成眼睛的永久失明。激光對人眼的危害如此之大的原因是(????)A.單色性好 B.高能量 C.相干性好 D.平行度好【答案】B【解析】解：由題意可知，激光聚于感光細胞時產(chǎn)生過熱而引起的蛋白質凝固變性是造成眼失明的原則，故說明引起這一現(xiàn)象的是因為激光的高能量性，故B正確，ACD錯誤。

故選：B。例題8、下列應用激光的實例中，不正確的是(

)A.因為激光的相干性好，所以可以用激光光源直接照射雙縫做干涉實驗

B.激光的亮度高，因此我們可以用激光束來切割物體，焊接金屬，在硬質難熔材料上打孔，醫(yī)學上用激光“刀”做切除腫瘤等外科手術．

C.激光是很好的單色光，它產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象最清晰．利用干涉現(xiàn)象可以精確測定物體的長度．

D.激光的亮度高，可以用來照明【答案】D【解析】A.在做雙縫做干涉實驗時，一般要在雙縫前加一個單縫，目的是產(chǎn)生兩列頻率相同的相干波，才能觀察到雙縫干涉現(xiàn)象，而激光的相干性好，故可以用激光光源直接照射雙縫做干涉實驗，故A正確；

BD.激光具有平行度好，亮度高等特點，醫(yī)學上用激光作“光刀”來切除腫瘤是應用了激光亮度高的特點，但不能用來照明，故B正確，D不正確；

C.激光是很好的單色光，它產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象最清晰；利用干涉現(xiàn)象可以精確測定物體的長度，并且精確度高，故C正確

本題選擇不正確的，故選D。§4.5光的衍射§4.6光的偏振激光作業(yè)班級：學號：姓名：一、選擇題1．可見光在空氣中波長范圍是到，即4.4×10?4mm到7.7×10?4mmA.卡尺兩腳間的狹縫的寬度小到萬分之幾毫米以下時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象

B.卡尺兩腳間的狹縫在小到0.2?mm以下時，通過它觀察各種光源，都能看到明顯的衍射現(xiàn)象

C.卡尺兩腳間的狹縫在小到0.4?mm以下時，通過它觀察到線狀白熾燈絲，有明顯的衍射現(xiàn)象

D.光的衍射條件“跟光的波長可以相比”是非常嚴格的，即只有孔或障礙物的尺寸跟波長差不多時才能觀察到光的衍射【答案】C【解析】實驗證明，卡尺兩腳間的狹縫小到0.4

mm以下時，通過它觀察線狀白熾燈絲，有明顯的衍射現(xiàn)象，而當狹縫過小時，因通過的光線太暗，無法看到明顯的衍射現(xiàn)象，而狹縫太大，因不滿足衍射條件而無明顯衍射現(xiàn)象。故ABD錯誤，C正確；

故選C。

2．利用圖1所示的裝置(示意圖)，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關于P處放置的光學元件說法正確的是(????)A.甲對應單縫，乙對應雙縫

B.甲對應雙縫，乙對應單縫

C.都是單縫，甲對應的縫寬較大

D.都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大【答案】A【解析】解：干涉條紋在光屏上觀察到的圖案是間距相等的條紋圖象，而衍射條紋中，中間的亮紋的寬度最大，向兩邊漸漸減小，

因此甲對應單縫，乙對應雙縫，故A正確，BCD錯誤。

故選：A。

3．某次光的衍射實驗中，觀察到如圖所示的明暗相間的圖樣，則障礙物為(????A.很小的不透明圓板

B.中間有較小圓孔的不透明擋板

C.很大的不透明圓板

D.中間有較大圓孔的不透明擋板

【答案】B【解析】A、用光照射很小的不透明圓板時后面出現(xiàn)一亮點，即泊松亮斑，故A錯誤。

B、用光照射中間有較小圓孔的不透明擋板時是明暗相間的衍射圖樣，故B正確。

C、很大的不透明圓板時后面是一片陰影，故C錯誤。

D、在做衍射實驗中，如果不透明擋板中間的圓孔比較大時，不會發(fā)生衍射現(xiàn)象，或者衍射現(xiàn)象不明顯，觀察不到明暗相間的圖樣，故D錯誤。

故選：B。

4．在演示雙縫干涉的實驗時，常用激光做光源，這主要是應用激光的(????)A.亮度高 B.平行性好 C.單色性好 D.波動性好【答案】C【解析】在做雙縫干涉實驗時，常用激光光源，這主要是應用激光的相干性好以及單色性好。容易發(fā)生干涉現(xiàn)象，故C正確，ABD錯誤。故選：C。

5．如圖所示是通過用兩個刀片組成的寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫觀察日光燈光源時所看到的四個現(xiàn)象．當狹縫寬度從0.8mm逐漸變小時，所看到的四個圖象的順序是(A.abcd B.dcba C.bacd D.badc【答案】A【解析】當孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長相近甚至比波長更小時即能發(fā)生明顯的衍射；顯然0.8mm大于光的波長，故不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，根據(jù)光的直線傳播的原理，此時我們看到的應該是條紋狀的光斑，即圖象a，但隨孔縫的寬度的減小，光斑的面積逐漸減小，在發(fā)生衍射前看到圖象b；當發(fā)生衍射時，隨狹縫的寬度逐漸變小時衍射條紋的間距逐漸變大，而條紋間距最小的是c，條紋間距最大的是d，所以先觀察到c，再觀察到d；綜上所述當狹縫寬度從0.8mm逐漸變小時我們依次看到的四個圖象的順序是abcd；

故選：A。

6．在拍攝日落時的水面下的景物時，應在照相機鏡頭前裝一個偏振片，其目的是(????)A.減少陽光在水面上的反射光

B.阻止陽光在水面上的反射光進入照相機鏡頭

C.增強光由水面射入空氣中的折射光強度

D.減弱光由水面射入空氣中的折射光強度【答案】B【解析】當偏振片的方向與偏振光的方向平行時，允許偏振光通過，當它們相互垂直時，偏振光不能通過。拍攝日落時水下景物時為了使照片清楚，則要過濾掉水面的反射光，所以讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，從而減弱反射光，使景物的像清晰。故B正確，ACD錯誤。故選：B。

7．用單色激光照射間距不同的雙縫和寬度不等的單縫時，得到下圖所示的圖樣。以下判斷正確的是(????)A.只有甲是雙縫干涉圖樣

B.形成丙衍射圖樣的單縫比丁的更窄

C.只有乙、丙是單縫衍射圖樣

D.乙是圖示中最明顯的衍射現(xiàn)象圖樣【答案】B【解析】雙縫干涉條紋等間距，但單縫衍射條紋一定不等間距，即中央寬、兩邊窄的明暗相間的條紋。

AD、甲、乙兩圖是干涉條紋，故AD錯誤；

B、單縫越窄，相同條件下形成的衍射條紋越寬，所以形成丙衍射圖樣的單縫比丁的更窄，故B正確；

C、丙、丁兩圖是衍射條紋，乙圖是干涉條紋，故C錯誤。

8．下列四種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器和同一單縫衍射儀器形成的圖樣(灰黑色部分表示亮紋；保持縫到屏距離不變)。其中屬于藍光的衍射圖樣的是(????)A. B. C. D.【答案】B【解析】解：A、首先由題意可知，A的條紋間距相等應該屬于光的干涉圖，由于紅光的波長大于藍光，所以可知紅光產(chǎn)生的條紋間距應大于藍光，即A應是紅光的干涉圖，故A錯誤；

B、根據(jù)題目描述B的條紋不相等屬于衍射圖，同理由于條紋間距相對D要小，故B對應波長較小的光波的衍射圖，即藍光的衍射圖，故B正確；

C、由A選項的分析可知C條紋間距相等應該屬于光的干涉圖，由于紅光的波長大于藍光，對應的是藍光的干涉圖，故C錯誤；

D、由B選項的分析可知D條紋不相等屬于衍射圖，對應的是紅光的衍射圖，故D錯誤。

故選：B。

9．碳水化合物(糖)的含量是食品安全檢驗的一個重要的指標，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量．偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對傳播方向向左或向右旋轉一個角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關，將α的測量與標準值進行比較，就能確定被測樣品的含糖量．如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉動B，使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法不正確的是(????)A.到達O處光的強度會明顯減弱

B.到達O處光的強度不會明顯減弱

C.將偏振片B轉動一個角度，使得O處光強度最大，偏振片B轉過的角度等于α

D.將偏振片A轉動一個角度，使得O處光強度最大，偏振片A轉過的角度等于α【答案】B【解析】AB.偏振光通過糖的水溶液后，若迎著射來的光線看，偏振方向會以傳播方向為軸線，旋轉一個角度θ，所以到達O處光的強度會明顯減弱，故A正確，B錯誤；

C.偏振光通過糖的水溶液后，若迎著射來的光線看，偏振方向會以傳播方向為軸線，旋轉一個角度α，所以到達O處光的強度會明顯減弱，將偏振片B轉動一個角度，使得O處光的強度最大，偏振片B轉過的角度等于α，故C正確；

D.同理，將偏振片A轉動一個角度，使得O處光強度最大，偏振片A轉過的角度等于α，故D正確。

本題選不正確的，故選：B。

10．將激光束照在如圖所示的雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖中的(????)

A. B.

C. D.【答案】A【解析】將激光束照在如圖所示的雙縫上，將出現(xiàn)雙縫干涉現(xiàn)象，而雙縫干涉圖象的中間是亮條紋，兩側是明暗相間的對稱的干涉條紋，故A正確，BCD錯誤。

故選A。

11．如圖所示的四種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(灰黑色部分表示亮紋)。則在下面四個圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是(????)A.紅藍紫黃 B.紅紫藍黃 C.紫黃藍紅 D.黃紫紅藍【答案】B【解析】雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，故從左邊第一個與第三個是雙縫干涉現(xiàn)象，根據(jù)雙縫干涉條紋間距△x=Ldλ可知波長λ越大，△x越大，故左邊第一個是紅光，第三個是藍光。

單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側寬度越小越暗，而波長越大，中央亮條紋越粗，故最右端為黃光單縫衍射圖樣。

故從左向右依次是紅光(雙縫干涉)、紫光(單縫衍射)、藍光(雙縫干涉)和黃光(單縫衍射)。

故選：B12．讓激光照到VCD機、CD機或計算機的光盤上，就可以讀出盤上記錄的信息，經(jīng)過處理后還原成聲音或圖象，這是利用激光的(????)A.平行度好，可以會聚到很小的一點上

B.相干性好，可以很容易形成干涉圖樣

C.亮度高，可以在很短時間內(nèi)集中很大的能量

D.波長長，很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象【答案】A【解析】略二、非選擇題13．如圖所示，(a)、(6)兩幅圖是由單色光分別入射到兩圓孔形成的圖像，

由圖判斷(a)是光的______________(選填“干涉”或“衍射”)圖像．

圖(a)所對應的圓孔徑_______________(選填“大于”或“小于”)圖(b)所對應的圓孔孔徑．【答案】衍射

；小于【解析】圖(a)是光的衍射圖樣，由于光波波長很短，約在10??7

m數(shù)量級上，所以圖(a)對應的圓孔徑比圖(b)所對應的圓孔的孔徑小，圖(b)的形成可以用光的直線傳播來解釋，故(a)孔徑小于故填：衍射；小于。

14．某同學自己動手制作如圖所示的裝置觀察光的干涉現(xiàn)象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，整個裝置放于一暗箱中，實驗過程如下：(1)該同學用一束太陽光照射A屏時，屏C上沒有出現(xiàn)干涉條紋；移去B后，在屏上出現(xiàn)不等間距條紋，此條紋是由于________產(chǎn)生的。(2)移去A后，遮住縫S1與縫S2中的任一個，C上均出現(xiàn)一窄亮斑，出現(xiàn)以上實驗結果的主要原因是(3)若光通過縫S1或縫S2后在C上依次出現(xiàn)如圖甲、乙、丙、丁所示條紋，說明了什么？【答案】(1)光的衍射

(2)雙縫S1、S2太寬

(3)縫S1【解析】(1)移去