新課改高中物理選修一同步專題講義：21 B光的衍射 光的偏振 激光 中檔版（學(xué)生版）

光的衍射光的偏振激光知識點：光的衍射光的偏振激光一、光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當(dāng)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(dāng)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：在障礙物的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯．二、衍射光柵1．構(gòu)成：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學(xué)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．三、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，只有沿著這個方向振動的光波才能順利通過偏振片，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(qiáng)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．四、激光的特點及其應(yīng)用特點應(yīng)用相干性強(qiáng)：激光具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特點，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(yuǎn)的距離后仍能保持一定的強(qiáng)度激光測距，為槍械、火炮、導(dǎo)彈等武器提供目標(biāo)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(xué)上可以用激光做“光刀”，激發(fā)核聚變等技巧點撥一、光的衍射三種衍射圖樣的特點1．單縫衍射(1)單色光通過狹縫時，在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋．(2)波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大．2.圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)．如圖所示．圖(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越?。?2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．3．圓板衍射(泊松亮斑)(1)若在單色光傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑．衍射圖樣如圖所示．圖(2)中央是亮斑，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)．二、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(cè)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(qiáng)或減弱的結(jié)果．(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波．三、光的偏振1．透振方向：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，只有沿著這個方向振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”．2．光的偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波．3．自然光與偏振光的比較自然光偏振光不同點光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光或由某種介質(zhì)反射或折射的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿所有方向，且沿各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿某個特定方向(與偏振片透振方向一致)相同點不管是自然光還是偏振光，傳播方向與振動方向一定垂直四、激光1．激光的產(chǎn)生激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光，發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同，兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉．激光是人工產(chǎn)生的相干光．2．激光的特點(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好、相干性好．用激光做衍射、干涉實驗，效果很好．(2)激光的平行度好，從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光．傳播幾千米后，激光斑擴(kuò)展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴(kuò)展到幾十米范圍．(3)亮度高．激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量．例題精練1．（濰坊三模）將一矩形玻璃板MN水平固定，另一矩形玻璃板放在MN玻璃板上，一端放入兩張紙片，側(cè)視如圖所示。用單色平行光a從上方豎直射入，從上方可以觀察到明暗相間的條紋。換用單色平行光b從上方豎直射入，觀察到條紋間距變小，下列說法正確的是（）A．明暗條紋與MN平行 B．抽去一張紙片，條紋間距變小 C．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率 D．遇到相同障礙物時，a光比b光產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象更明顯2．（湖北模擬）下列說法不正確的是（）A．陽光下水面的油膜呈現(xiàn)出彩色是光的干涉現(xiàn)象 B．光纖通信及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用光的全反射原理 C．陽光下茂密的樹林中，地面上出現(xiàn)的圓形亮斑是光的衍射產(chǎn)生的 D．測速雷達(dá)向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波的頻率變化的多少就能得到車輛的速度隨堂練習(xí)1．（寶雞期末）光學(xué)知識在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列說法正確的是（）A．用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的反射 B．抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲，可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，是利用了光的偏振 C．利用光導(dǎo)纖維傳送圖象，是利用光的全反射現(xiàn)象 D．照相機(jī)的鏡頭表面鍍有一層膜，使照相效果更好，是利用了光的衍射2．（浙江模擬）下列說法中正確的是（）A．圖甲是由于海面下層空氣的折射率比上層空氣的折射率小形成的，其中A是蜃樓 B．圖乙中平行光a、b經(jīng)過三棱鏡后交于M點，則在棱鏡中a光的速度比b光的速度大 C．圖丙中僅將紅光換成綠光，則第一亮紋的位置P點將下移 D．圖丁中P是偏振片，Q是光屏，白熾燈照射P時，緩慢轉(zhuǎn)動P，光屏Q上亮度發(fā)生變化，說明光波是橫波3．（遼寧月考）下列說法正確的是（）A．自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時，反射光和折射光都是偏振光，入射角變化時偏振的程度也有變化 B．向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的波速變化就能知道血流的速度，這種方法俗稱“彩超” C．晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性 D．照相機(jī)的鏡頭涂有一層增透膜，其厚度應(yīng)為入射光在空氣中波長的4．（雁塔區(qū)校級月考）下列說法正確的是（）A．光纖通信及全息照相技術(shù)都是利用了光的全反射原理 B．露珠呈現(xiàn)彩色是光的色散現(xiàn)象 C．紫外線在工業(yè)上可以檢查金屬零件內(nèi)部缺陷 D．?dāng)z影機(jī)鏡頭前加一個偏振片，這樣做是為了增加光的透射強(qiáng)度綜合練習(xí)一．選擇題（共15小題）1．（和平區(qū)二模）如圖甲所示，當(dāng)光通過狹縫時會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，圖乙為a、b兩束單色光分別通過同一單縫形成的衍射圖樣，通過對衍射圖樣的分析可知（）A．在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的小 B．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角小 C．照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應(yīng)時，a光的飽和電流大 D．若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差小2．（順義區(qū)二模）通過游標(biāo)卡尺的兩個測腳之間形成的狹縫觀察線狀白熾燈，可以看到（）A．黑白相間的條紋，這是光的干涉現(xiàn)象 B．黑白相間的條紋，這是光的衍射現(xiàn)象 C．彩色的條紋，這是光的干涉現(xiàn)象 D．彩色的條紋，這是光的衍射現(xiàn)象3．（虹口區(qū)二模）一束平行單色光照射不透明的小圓板，在其陰影中央可以觀察到如圖所示的泊松亮斑。這是光的（）A．干涉現(xiàn)象 B．衍射現(xiàn)象 C．直線傳播現(xiàn)象 D．光電效應(yīng)現(xiàn)象4．（撫順期末）下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的說法正確的是（）A．光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，若入射角小于臨界角，則一定發(fā)生全反射 B．光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，其頻率不變，傳播速度變小 C．通過兩支鉛筆夾成的狹縫觀察日光燈管看到彩色條紋的現(xiàn)象屬于光的衍射現(xiàn)象 D．光在各種介質(zhì)中的速度相同5．（山東模擬）下列關(guān)于光的干涉、衍射說法正確的是（）A．只有相干光源發(fā)出的光才能疊加，非相干光源發(fā)出的光不能疊加 B．楊氏雙縫干涉實驗中不會出現(xiàn)光的衍射現(xiàn)象 C．衍射光柵的衍射圖樣中的亮紋寬度比單縫衍射的條紋要大 D．紅光比紫光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象6．（順慶區(qū)校級期中）已知空氣中的聲速為340m/s．現(xiàn)有幾種聲波：①周期為s，②頻率為104Hz，③波長為10m，它們傳播時若遇到寬約為13m的障礙物，能產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象的是（）A．①和② B．②和③ C．①和③ D．都可以7．（通州區(qū)校級模擬）下列有關(guān)光現(xiàn)象的說法中正確的是（）A．太陽光下的肥皂泡表面呈現(xiàn)出彩色條紋，這是光的衍射現(xiàn)象 B．電視機(jī)遙控器是利用發(fā)出紅外線脈沖信號來變換頻道的 C．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因為該束光的波長太短 D．在光的雙縫干涉實驗中，若僅將兩縫間距增大，則條紋間距一定變大8．（海淀區(qū)校級模擬）以下說法正確的是（）A．光從空氣進(jìn)入水中后波長變大 B．康普頓效應(yīng)表明光子具有動量 C．自然光透過一個偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個偏振片后又還原為自然光 D．在真空中傳播的光是橫波，在空氣中傳播的光是縱波9．（杭州期末）物理知識在生活中有廣泛的應(yīng)用，下列關(guān)于光學(xué)知識應(yīng)用，描述錯誤的是（）A．圖1醫(yī)用內(nèi)窺鏡運(yùn)用了光的全反射原理 B．圖2液晶屏顯像利用了光的偏振現(xiàn)象 C．圖3照相機(jī)鏡頭表面增透膜運(yùn)用了光的干涉原理 D．圖4全息照相運(yùn)用了光的衍射原理10．（浦口區(qū)期中）下列四幅圖涉及到的物理知識，說法不正確的是（）A．圖甲中的立體電影是利用了光的偏振現(xiàn)象 B．圖乙中照相機(jī)鏡頭上涂有一層增透膜，增透膜利用了光的干涉原理 C．圖丙是LC振蕩電路的集成芯片，若要產(chǎn)生波長更短的電磁波，可減小電容器極板間的距離 D．圖丁是黑體輻射強(qiáng)度與波長的關(guān)系，溫度越高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動11．（邗江區(qū)校級期中）如圖所示，下列說法不正確的是（）A．圖甲中，P、Q是偏振片，M是光屏，當(dāng)P固定不動，緩慢轉(zhuǎn)動Q時，光屏M上的光亮度將會變化，此現(xiàn)象表明光波是橫波 B．圖乙是雙縫干涉示意圖，若只減小屏到雙縫間的距離L，兩相鄰亮條紋間距離將減小 C．根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場周圍一定能產(chǎn)生電磁波 D．利用紅外線進(jìn)行遙感主要是因為紅外線的波長長，容易發(fā)生衍射12．（天津模擬）以下情形涉及到不同的物理知識，則下列說法正確的是（）A．3D電影是利用了光的衍射現(xiàn)象 B．彩超儀器進(jìn)行醫(yī)學(xué)檢測時利用了多普勒效應(yīng) C．肥皂泡上不同的顏色是光的折射造成的 D．鏡頭拍某些照片時為了增強(qiáng)反射光會在鏡頭前加偏振片13．（懷柔區(qū)模擬）下列說法中正確的是（）A．用光導(dǎo)纖維束傳送圖像信息，這其中應(yīng)用到了光的全反射現(xiàn)象 B．通過兩支夾緊的筆桿間縫隙看發(fā)白光的燈絲能觀察到彩色條紋，這是光的偏振現(xiàn)象 C．白光經(jīng)過三棱鏡得到彩色圖樣光的干涉現(xiàn)象 D．白光照射水面油膜呈現(xiàn)彩色圖樣是光的衍射現(xiàn)象14．（鼓樓區(qū)校級月考）如圖所示，讓太陽光通過偏振片P和Q，并以光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)P或Q，下列說法正確的是（）A．太陽光是偏振光 B．P是起偏器，Q是檢偏器 C．僅旋轉(zhuǎn)P時光屏上的光強(qiáng)不發(fā)生變化 D．該實驗可以說明光是縱波15．（昆山市校級期末）下列說法正確的有（）A．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波 B．紫外線比紅外線更容易發(fā)生衍射 C．白光下鍍膜鏡片看起來有顏色，是因為光發(fā)生了衍射 D．可利用多普勒效應(yīng)對行駛汽車進(jìn)行測速二．多選題（共15小題）16．（舟山期末）下列關(guān)于光現(xiàn)象的說法正確的是（）A．光纖通信依據(jù)的原理是光的全反射，且包層的折射率比內(nèi)芯折射率大 B．紫光比紫外線更容易發(fā)生衍射 C．光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性 D．用標(biāo)準(zhǔn)平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象17．（興慶區(qū)校級模擬）下列說法正確的是（）A．當(dāng)觀察者向靜止的聲源運(yùn)動時，觀察者接收到的聲波的頻率高于聲源的頻率 B．通過小縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋，這是光的衍射現(xiàn)象 C．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，在鏡頭前加一個偏振片可以增加透射光的強(qiáng)度 D．用紅光代替黃光在同一裝置上做雙縫干涉實驗形成的干涉條紋中相鄰兩亮（暗）條紋間距變大 E．兩個完全相同的日光燈發(fā)出的光相遇時，一定可以發(fā)生干涉18．（嵊州市模擬）根據(jù)圖象，下列敘述正確的是（）A．圖甲所示的遠(yuǎn)距離輸電通常通過提高電壓以減少電能損耗 B．圖乙所示的行李安檢儀采用γ射線來透視安檢物品 C．圖丙所示的照相機(jī)鏡頭上呈現(xiàn)的淡綠色是由光的偏振引起的 D．圖丁所示的核反應(yīng)堆可以通過調(diào)整插入鎘棒的深度來控制核反應(yīng)速度19．（修水縣期末）下列說法正確的是（）A．除了光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光都是偏振光 B．相對論認(rèn)為真空中的光速在不同的慣性參考系中是不相同的 C．光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播 D．肥皂泡在陽光下呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象造成的 E．圓屏陰影中心的亮斑（泊松亮斑）是光的衍射現(xiàn)象造成的20．（城關(guān)區(qū)校級月考）下列說法正確的是（）A．紅色和藍(lán)色的激光在不同介質(zhì)中傳播時波長可能相同 B．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直 C．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，在鏡頭前加一個偏振片是為了增強(qiáng)玻璃表面的反射光 D．紅光從真空射入水中可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，傳播速度一定減小 E．光的偏振現(xiàn)象說明光具有波動性21．（云南月考）下列說法正確的是（）A．偏振光可以是橫波也可以是縱波 B．光從空氣射入水中時，頻率保持不變 C．若觀察者逐漸遠(yuǎn)離波源，則所接收到的波的頻率小于波源的頻率 D．電磁波譜中γ射線的波長最長 E．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用了光的干涉現(xiàn)象22．（浙江月考）無人駕駛汽車是通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的智能汽車，國內(nèi)外各大企業(yè)正在緊密布局發(fā)展之中。其核心設(shè)備是各種車載傳感器，如圖象傳感器（可見光和紅外攝像頭）、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)以及毫米波雷達(dá)。以下關(guān)于各種光和波的說法正確的是（）A．超聲波和毫米波一樣都能在真空中傳播 B．紅外線的光子能量比可見光的小 C．真空中激光的傳播速度比毫米波的大 D．可見光能發(fā)生偏振現(xiàn)象，而超聲波不能23．（赤峰期末）下列說法正確的是（）A．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種電磁波 B．無線電波的發(fā)射能力與頻率有關(guān)，頻率越高發(fā)射能力越強(qiáng) C．一個單擺在海平面上的振動周期為T，那么將其放在某高山之巔，其振動周期一定變大 D．變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場；變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場 E．利用紅外攝影可以不受天氣（陰雨、大霧等）的影響，因為紅外線比可見光波長長，更容易繞過障礙物24．（遼寧期末）關(guān)于光學(xué)現(xiàn)象，下列說法中正確的有（）A．光的偏振現(xiàn)象說明光具有波動性，但并非所有的波都能發(fā)生偏振現(xiàn)象 B．雨后的彩虹是由于光透過空氣中的小水珠發(fā)生了衍射現(xiàn)象 C．已知Th的半衰期為24天，40gTh經(jīng)過96天還剩下2.5g D．某人在速度為0.5c的飛船上打開一光源，則這束光相對于地面的速度應(yīng)為1.5c25．（新邱區(qū)校級月考）下列說法正確的是（）A．偏振光可以是橫波，也可以是縱波 B．有霧的時候，離紅綠燈較遠(yuǎn)時看紅綠燈，紅燈比綠燈清楚些，這是因為紅光比綠光的波長要長，容易發(fā)生衍射，在霧氣中傳播得比綠光遠(yuǎn)的緣故 C．電視里看到滑雪運(yùn)動員戴的防護(hù)眼鏡是黃色的，這是因為鏡片的表面涂了一層增透膜的緣故 D．白光通過三棱鏡發(fā)生色散的原因是因為不同色光在三棱鏡中的折射率不一樣26．（印臺區(qū)校級期末）關(guān)于光的偏振現(xiàn)象及應(yīng)用，下列說法正確的是（）A．全息照相利用了光的偏振現(xiàn)象 B．在照相機(jī)鏡頭前加一個增透膜，可以增加透射光強(qiáng)度，這是利用了光的偏振現(xiàn)象 C．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，在鏡頭前加一個偏振片可以減少反射光的強(qiáng)度 D．觀看3D電影時戴上特制的眼鏡會產(chǎn)生立體感覺，這是利用了光的偏振現(xiàn)象27．（東陽市模擬）新冠肺炎疫情期間，紅外線探測人體體溫得到了更加廣泛的應(yīng)用，如火車站啟用紅外線熱成像測量體溫，旅客從探頭前走過即可立即測溫，如體溫超過37.4度，儀器就會發(fā)出警報。可見物理常識在生活中無處不在，以下物理學(xué)知識的相關(guān)敘述中，正確的是（）A．紅外線的顯著作用是熱效應(yīng)，溫度較低的物體不能輻射紅外線 B．探測儀發(fā)出的紅外線波長大于醫(yī)院CT中使用的X射線波長 C．用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振 D．通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋，說明光具有波動性28．（下城區(qū)校級模擬）下列說法正確的是（）A．戴上特制眼鏡看3D電影有立體感是利用了光的偏振原理 B．雨后公路積水表面漂浮的油膜看起來是彩色的，這是光的折射現(xiàn)象 C．激光全息照相時利用了激光相干性好的特性 D．激光照到VCD機(jī)、CD機(jī)或計算機(jī)的光盤上，可以讀取盤上的信息是利用激光平行度好的特性29．（廣陵區(qū)校級模擬）下列說法正確的是（）A．電磁波在介質(zhì)中的傳播速度不僅取決于介質(zhì)，還與電磁波的頻率有關(guān) B．拍攝玻璃櫥窗里的物品時，照相機(jī)鏡頭上安裝偏振片是為了增加透射光的強(qiáng)度 C．狹義相對論認(rèn)為：在慣性參照系中，光速與光源、觀察者