第99讲-光的衍射与偏振(原卷版).docx

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I真题示例
. （2019•上海）泊松亮斑是光的（ ）
A.
干涉现象,
说明光有波动性
B.
衍射现象,
说明光有波动性
C.
干涉现象,
说明光有粒子性
D.
衍射现象,
说明光有粒子性
.（江苏）如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q, A点位于P、Q之间，B点位于Q
右侧。旋转偏振片P, A、B两点光的强度变化情况是（ ）
A、B均不变
C. A不变，B有变化
A、B均有变化
D. A有变化，B不变

.几种典型衍射条纹的特点
⑴单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为宽且亮（填特点）的单色条纹，两侧是画明暗相间的 条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。
单色光
图6单缝衍射示意图
mm
mm
图7单缝衍射产生的图样
②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。其中最靠近中央的色 光是紫光，离中央最远的是红光，如图8所示，这是光在衍射时的色散。
图8白光的单缝衍射条纹
(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距圆环，且 越靠外，亮圆环越窄越暗。
图9圆孔衍射 图10圆盘衍射
(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定 的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
.发生明显衍射的条件
在障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会十分明显。在任 何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
(1)衍射是波的特有现象，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有 明显与不明显的差别。
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光
才可以近似看成是沿直线传播的。
.单缝衍射与双缝干涉的比较
两种现象
单缝衍射
双缝干涉
不 同 点
图样 特点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹中 心间距
两相邻亮条纹中心间距不等
两相邻亮条纹中心间距 相等
亮度情况
中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗
条纹清晰，亮度基本相
等
发生条件
产生明显衍射的条件：障碍物或 • •
孔、缝的尺寸与光的波长差不多或
比光的波长更小
两束光频率相同、相位 差恒定、振动方向相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射 都形成明暗相间的条纹

⑴双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x=[4(〃=0, ±1, ±2,…)，各种单色光的波
长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单 色光路程差都为0,所以叠加出白色条纹。
(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置 不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。
.干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形 成具有相似的原理。光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通 过缝之后叠加时加强或削弱的结果。
.偏振
在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方 向也可能是不同的，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。
.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，这种光叫作自然光。如图所示。
.偏振光
在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏振光。光的偏振证明光是横 波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外， ..振动方向垂宜于
_ 纸面的光较强
我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。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。入射角变
化时偏振的程度也有变化。 V： \
.偏振光的产生方式 反射引起自然光的偏振
⑴自然光通过起偏器时产生偏振光。
通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。
第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。
⑵自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。
.自然光和偏振光的比较
自然光（非偏振光）
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
光的振动
方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光的振 动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的 强度相同
在垂直于光的传播方向的平面 内，光的振动沿特定方向

（1）理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现 象说明了光是横波。
（2）应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。
.例题精析
题型一：各种光现象的定性分析
例1.（1）肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是 现象；露珠在太阳光照射下呈现的彩色是
现象；通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是 现象.
（2）要使光产生明显的衍射，条件是.
（3）当狭缝的宽度很小并保持一定时，分别用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的主要区别 是.
（4）如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片P或 Q,可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明.
题型二：光的衍射
，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到 彩色条纹，这是由于光的 （选填“折射”“干涉”或“衍射”）。当缝的宽度 （选填 “远大于”或“接近”）光波的波长时，这种现象十分明显。
题型三：光的偏振
（多选）例3.（2018•日照模拟）关于光的偏振，下列说法正确的是（ ）
，就得到了偏振光
，加偏振片可使像更清晰


，折射光是偏振光，反射光不是偏振光
.举一反三，巩固练习
. 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。现在
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（ ）
，只是明条纹比原来暗些
，而且中央明条纹比两侧的宽些

，只存在一片红光
.利用图a所示的装置,观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到图b中甲和乙两种图样。则（ ）
光屏
，乙对应双缝
，乙对应单缝
，甲对应的缝宽较大
，甲的双缝间距较大
.用单色红光通过不同形状的小孔,光屏上呈现出如图的图样，则小孔形状,判断正确的是（
A.
B.
C.
D.
.如图所示，将两块平面镜边缘对齐，之后分别倾斜微小的角度0,在右侧有一竖直光屏，单色光 源S刚好位于两平面镜夹角的角平分线上，D为半圆形遮光板，使光源S发出的光不能直接照 射到光屏上。用光源s照射平面镜，在光屏上会出现明暗相间的条纹，则下列说法正确的是（ ）

，屏上条纹间距减小
，屏上条纹间距减小
，屏上条纹间距增大
.利用图（a）所示的装置（示意图），观察蓝光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图（b）中甲 和乙两种图样。则甲应是 （选填“干涉”或“衍射”）图样。若将蓝光换成红光，干涉 图样中相邻两个亮条纹的中心间距 （选填“变长”“变短”或“不变”
光屏
光源I 1-
III III
甲 乙
图（a） 图（b）
.（多选）某实验小组用完全相同的双缝干涉实验装置进行实验，仅换用频率不同的单色光a、b 得到的干涉图样分别如图甲、乙所示，下列说法正确的是（ ）
irnmnr
甲 乙

B. a光子的能量大于b光子的能量
，a光的临界角大于b光的临界角
，a光的截止电压小于b光的截止电压
.（多选）下列有关机械振动和机械波的说法正确的是（
，若某两个时刻位移相同，则这两个时刻的速度也一定相同
，其振动周期与单摆的摆长无关
，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高
，若障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小得多时，将发生明显的衍射 现象
，若质点到两列波源的距离相等，该质点的振动一定加强
.（多选）下列说法中正确的是（ ）
，小球在倾角很小的光滑斜面上来回运动，小球做简谐运动
，a是一束白光，射向半圆玻璃砖的圆心O,经折射后发生色散，最左侧为紫
光，最右侧为红光
，双缝间距d越大，相邻亮条纹间距越大
，内芯的折射率比外套的折射率大
，如果换成白光，屏上得到的条纹是彩色的
.如图所示，电灯S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，却看不到光


° ,在P处看到光亮
，在P处看到光亮
.激光冷却是一种高新技术，利用该技术可以达到微开量级的低温，激光冷却目前已经在多个领 域获得广泛应用。激光冷却的原理是，利用光子和原子的相互作用使原子运动减速，以获得超 低温。如图所示，a、b为两个相同的原子，运动方向相反。用一束激光L照射原子，由于多普 勒效应，当原子迎着光束的方向运动时; 其接收到的光子的频率会升高。当原子接收到的光的 频率等于该原子的固有频率时，原子吸收光子的概率最大。原子吸收光子后由基态跃迁到激发 态，随后原子又会自发跃迁回到基态，释放出频率等于其固有频率的光子。原子由激发态跃迁 回基态的过程向各个方向释放光子的机会是均等的。结合所学知识，在激光冷却的过程中，判 断下列说法正确的是（ ）
，其速度将减小



. “例啾（zhoujiu）激光脉冲放大技术”是高强度激光研究的重大技术创新和核心技术。如图所 示，该技术原理可以简化为：种子激光脉冲经过单模光纤的色散作用，将时长为飞秒（10・15s） 脉宽的激光脉冲在时间上进行了展宽；展宽后的脉冲经过激光增益介质放大，充分提取了介质 的储能；最后使用压缩器将脉冲宽度压缩至接近最初的脉宽值。