第4.4節(jié) 光的衍射和偏振（原卷版）

第四章·光第04講光的衍射和偏振目標(biāo)目標(biāo)導(dǎo)航學(xué)問要點難易度1．單縫衍射條紋：不等間距2．圓孔衍射和泊松亮斑3．光的偏振★★★★★★知識知識精講學(xué)問點01光的衍射1．定義：光通過很小的狹縫(或圓孔)時，明顯地偏離了直線傳播的方向，在屏上應(yīng)當(dāng)消滅陰影的區(qū)域消滅明條紋或亮斑，應(yīng)當(dāng)屬于亮區(qū)的地方也會消滅暗條紋或暗斑的現(xiàn)象．2．衍射圖象：衍射時產(chǎn)生的明暗條紋或光環(huán)．3．單縫衍射：單色光通過狹縫時，在屏幕上消滅明暗相間的條紋，中心為亮條紋，中心條紋最寬最亮，其余條紋變窄變暗；白光通過狹縫時，在屏上消滅彩色條紋，中心為白條紋．(1)中心條紋最亮、越向兩邊越暗，條紋間距不等．越靠外，條紋間距越?。?2)縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮紋的亮度降低．(3)中心亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關(guān)．入射光波長越大，單縫越窄，中心亮條紋的寬度及條紋間距就越大．(4)用白光做單縫衍射時，中心亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中心亮條紋仍舊最寬最亮．4．圓孔衍射：光通過小孔時(孔很小)在屏幕上會消滅明暗相間的圓環(huán)．(1)中心是大且亮的圓形亮斑，四周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，中心亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．(3)用不同色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中心圓形亮斑的直徑越大．(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中心是大且亮的白色光斑，四周是彩色同心圓環(huán)．(5)只有圓孔足夠小時才能得到明顯的衍射圖樣，在圓孔由較大直徑漸漸減小的過程中，光屏依次得到幾種不同的現(xiàn)象——圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)、完全黑暗．5．泊松亮斑：障礙物的衍射現(xiàn)象．在單色光傳播途中，放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)覺在陰影中心有一個亮斑，這就是有名的泊松亮斑．(1)中心是亮斑．(2)泊松亮斑圖樣的亮環(huán)或暗環(huán)的距離隨著圓板半徑的增大而減小，而且背景是光明的．【例1】關(guān)于下列四幅圖中所涉及物理學(xué)問的論述中，正確的是()A．甲圖是光的干涉圖樣B．乙圖是光的衍射圖樣C．丙圖是利用光的折射原理D．丁圖是光導(dǎo)纖維利用光的全反射原理，其內(nèi)芯折射率小于外套的折射率學(xué)問點02單縫衍射與雙縫干涉的比較1.單縫衍射與雙縫干涉的比較

單縫衍射雙縫干涉不同點產(chǎn)生條件只要狹縫足夠窄，任何光都能發(fā)生頻率相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等，中心最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度中心條紋最亮，兩邊最暗條紋清楚，亮度基本相等相同點成因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(jié)果意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波2.對單縫衍射和雙縫干涉的三點提示(1)單縫衍射可以理解為若干個光源的干涉，從而理解條紋相間排列．(2)光波的波長變大，衍射條紋、干涉條紋的寬度都變大．(3)復(fù)色光的衍射或干涉圖樣，可認為是各單色光單獨衍射或干涉所成圖樣的疊加．【特殊提示】（1）白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可消滅彩色條紋，但光學(xué)本質(zhì)不同．（2）區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實際應(yīng)用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分．【例2】(多選)如圖甲、乙所示是單色光通過窄縫后形成明暗相間的兩種條紋圖樣，下列推斷正確的是()A．甲為單縫衍射的圖樣 B．乙為雙縫干涉的圖樣C．甲為雙縫干涉的圖樣 D．乙為單縫衍射的圖樣學(xué)問點03光的偏振1．偏振現(xiàn)象(1)自然光：由太陽、電燈等一般光源發(fā)出的光，它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，這樣的光叫作自然光．(2)偏振光：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通過偏振片，這個方向叫作透振方向。自然光垂直透過某一偏振片后，其振動方向沿著偏振片的透振方向，即在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某一特定方向振動，這樣的光稱為偏振光．自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面的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所變化．(3)只有橫波才有偏振現(xiàn)象．2.自然光和偏振光的區(qū)分(1)振動方向比較：自然光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，沿全部方向振動；偏振光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，沿某一特定的方向振動。(2)經(jīng)過偏振片時現(xiàn)象比較：如圖甲，自然光通過偏振片后變成偏振光，后面的屏是光明的，轉(zhuǎn)動偏振片時，偏振光的振動方向隨之變化，但屏上亮度不變。如圖乙、丙，偏振光經(jīng)過偏振片時，若光的振動方向與偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振動方向與偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于兩者之間，隨著振動方向與透振方向的夾角變大，亮度漸漸變暗。太陽、電燈等直接發(fā)出的光是自然光；自然光經(jīng)偏振片后都是偏振光，自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。此時的入射角稱為起偏角，也叫布儒斯特角。3．偏振應(yīng)用:立體電影【例3】縱波不行能產(chǎn)生的現(xiàn)象是()A．偏振現(xiàn)象 B．反射現(xiàn)象C．折射現(xiàn)象 D．衍射現(xiàn)象鞏固鞏固練習(xí)1.如圖所示的4幅明暗相間的條紋,分別是紅光經(jīng)過間距不同的雙縫及寬度不同的單縫所形成的。則下面的四幅圖(甲、乙、丙、丁)依次對應(yīng)的是()A.雙縫寬間距,雙縫窄間距,寬單縫,窄單縫 B.雙縫窄間距,雙縫寬間距,窄單縫,寬單縫C.寬單縫,窄單縫,雙縫寬間距,雙縫窄間距 D.窄單縫,寬單縫,雙縫窄間距,雙縫寬間距2.對于單縫衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．縫的寬度d越小，衍射條紋越亮B．縫的寬度d越小，衍射現(xiàn)象越明顯C．縫的寬度d越小，光的傳播路線越接近直線D．入射光的波長越短，衍射現(xiàn)象越明顯3.某學(xué)習(xí)小組用激光束照射圓孔和不透亮?????圓板后，分別得到如圖所示的衍射圖樣．據(jù)此可以推斷出()A．甲是光線射到圓孔后的衍射圖樣，乙是光線射到圓板后的衍射圖樣B．乙是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲是光線射到圓板后的衍射圖樣C．甲、乙都是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲孔的直徑較大D．甲、乙都是光線射到圓板后的衍射圖樣，乙板的直徑較大4.關(guān)于光的干涉和衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．光的干涉現(xiàn)象遵循波的疊加原理，衍射現(xiàn)象不遵循波的疊加原理B．光的干涉條紋是彩色的，衍射條紋是黑白相間的C．光的干涉現(xiàn)象說明光具有波動性，光的衍射現(xiàn)象不能說明這一點D．光的干涉和衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結(jié)果5．如圖所示的4幅明暗相間的條紋圖樣，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(黑色部分表示亮紋)．則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是()A．紅黃藍紫 B．紅紫藍黃C．藍紫紅黃 D．藍黃紅紫6.(多選)如圖所示，a是一偏振片，a的透振方向為豎直方向．下列四種入射光束哪幾種照射a時能在a的另一側(cè)觀看到透射光()A．太陽光 B．沿豎直方向振動的光C．沿水平方向振動的光 D．沿與豎直方向成45°角振動的光7．如圖所示，P是一偏振片，P的透振方向(用帶有箭頭的實線表示)為豎直方向。一光束射向P，該光束的振動方向與P的透振方向成45°角(用帶有箭頭的虛線表示)。從左向右看，順時針旋轉(zhuǎn)P半周，從另一側(cè)觀看到光束的亮度變化狀況是()A．先變亮，再變暗 B．先變亮，然后變暗，再變亮C．先變暗，再變亮 D．先變暗，然后變亮，再變暗8．一束光由真空入射到平面玻璃上，當(dāng)其折射角為30°時，反射光恰好發(fā)生完全偏振(反射光線與折射光線垂直)，由此可以計算出玻璃的折射率是多少？此時的入射角稱為起偏角，也叫布儒斯特角，試求折射率為n的介質(zhì)的布儒斯特角的通用表達式。9．如圖所示，S為一點光，P、Q是偏振片，R是一光敏電阻，其