第六节 光的衍射和偏振
1．(3分)用红光做双缝干涉实验时，在屏上观察到干涉条纹．在其他条件不变的情况下，改用紫光做实验，则干涉条纹间距将变________；如果改用白光做实验，在屏上将出现________色条纹．
【解析】 在双缝干涉实验中，在其他条件不变的情况下，干涉条纹的间距与入射光的波长成正比，紫光波长小于红光波长，所以改用紫光做实验，干涉条纹间距将变小；若改用白光做实验，由于七色光的波长不同，各自干涉条纹的间距不同，在光屏上单色光加强的位置不同，于是出现彩色条纹，即发生了色散现象．
【答案】 小 彩
2．(3分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，为使光屏上单色光的干涉条纹间距增大些，可采取的措施是( )
A．换用缝距大些的双缝片
B．换用缝距小些的双缝片
C．适当调大双缝片与屏的距离
D．适当调小双缝片与屏的距离
【解析】 根据公式Δx＝λ知B、C两项正确．
【答案】 BC
3．(4分)两列光干涉时，光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光源的距离与波长有什么关系？声的干涉也遵从类似的规律。设想在空旷的地方相隔一定位置有两个振动完全一样的声源，发出的声波波长是0.6 m，观察者A离两声源的距离分别是4.5 m和 5.4 m．观察者B离两声源的距离分别是4.3 m和5.5 m这两个观察者听到声音的大小有什么区别？
【解析】 观察者A距两声源的路程差ΔsA＝(5.4－4.5) m＝0.9 m，＝＝3，ΔsA为半波长的奇数倍，声音在A处减弱；观察者B距两声源的路程差ΔsB＝(5.5－4.3) m＝1.2 m，＝＝4，ΔsB为半波长的偶数倍，声音在B处加强，所以B听到的声音比A听到的大．
【答案】 见解析
课 标
导 思
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．
3．观察光的偏振现象，知道光是横波．
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4．知道自然光和偏振光的区别，知道偏振现象的一些应用.
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一、光的衍射
1．衍射现象和衍射条纹
(1)现象：光通过很窄的缝或很小的孔时，光没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象．
(2)条纹：衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低．
2．光产生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多．
二、光的偏振
1．横波与纵波的特点
横波中各点的振动方向总与波的传播方向垂直．纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上．横波有偏振现象．
2．自然光和偏振光
(1)自然光：太阳、电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，沿着各个方向振动的光波的强度都相同．
(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光．
3．光的偏振
偏振现象
只有沿偏振片的“透振方向”振动的光波才能通过偏振片
结论
偏振现象表明，光是一种横波
偏振光的形成
(1)自然光通过偏振片后，得到偏振光
(2)自然光在介质表面反射时，反射光和折射光都是偏振光
偏振现象的应用
(1)照相机镜头前
(2)电子表的液晶显示
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一、衍射条纹产生的实质
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衍射条纹的产生实质上是光波发生干涉的结果，即相干波叠加的结果．当光源发出的光照射到小孔或障碍物时，小孔处或障碍物的边缘可看成许多点光源(这一点来自“惠更斯原理”，有兴趣的同学可以查阅相关资料或网站)，这些点光源是相干光源，发出的光相干涉，形成明暗相间的条纹．
二、三种衍射图样的特点比较
1．单缝衍射图样
(1)缝变窄，通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低．
(2)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越长，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大．
(3)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮．
2．圆孔衍射图样
(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．如图4－6－1所示．
图4－6－1
(2)只有圆孔足够小时，才能得到明显的衍射图样．在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏上依次得到几种不同现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗．
(3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越长，中央圆形亮斑的直径越大．
(4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环．
(5)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．
3．不透明的小圆板衍射图样
(1)泊松亮斑图样中的亮环或暗环间距随半径增大而减小．
(2)与圆孔衍射图样比较
①均是明暗相间的图形条纹，中心均有亮斑．
②圆孔衍射图样中心亮斑较大，而泊松亮斑较小．
③圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大，圆板衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小．
④圆孔衍射图样的背景是黑暗的，而小圆板衍射图样中的背景是明亮的．
【特别提醒】 (1)衍射是波的特有的现象，一切波均能发生衍射现象.
(2)光遇小孔、单缝或障碍物时，衍射现象只有明显不明显之分，无发生不发生之别.
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(3)可见光的波长范围：10－6 m～10－7 m，因此光的衍射现象不易观察到.
三、单缝衍射与双缝干涉的比较
种类
项目
单缝衍射
双缝干涉
不
同
点
产生条件
只要狭缝足够小，任何光都能发生
频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度
中央条纹最亮，两边变暗
清晰条纹，亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
【特别提醒】 (1)单缝衍射可以理解为若干个干涉，从而理解条纹相间排列.
(2)光波的波长增大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大.
(3)复色光的衍射或干涉图样，可认为各单色光单独照射所成图样的叠加.
四、偏振现象
1．横波、纵波的判定方法
(1)直接看质点的振动方向与波传播方向的关系．若互相垂直，为横波；若在同一直线上，为纵波，这种方法适用于可看得见质点振动方向的机械波．
(2)看波能否通过两个互相垂直且共线的“狭缝”，能通过两个“狭缝”的为纵波，不能通过的为横波．
2．自然光和偏振光
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，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起振器透振方向一致)
【特别提醒】 (1)偏振现象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光，生活中除光源直接发出的光外，我们看到的绝大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的反射和折射光线，尤其是二者互相垂直时，都是典型的偏振光.
(2)只有横波能发生偏振现象，光是横波.
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一、光的衍射现象分析
关于光现象的叙述，以下说法正确的是( )
A．太阳光照射下肥皂膜呈现的彩色属于光的干涉
B．雨后天空中出现的彩虹属于光的衍射
C．通过捏紧的两只铅笔间的狭缝观看工作着的日光灯管，看到的彩色条纹，属于光的色散
D．阳光照射下，树影中呈现的一个个小圆形光斑，属于光的衍射现象
【导析】 正确理解干涉、衍射、色散及小孔成像等光现象的不同成因，是正确做出判断的关键，否则易被这些“彩色”现象所迷惑．
【解析】 太阳光照射下肥皂膜呈现彩色，属于薄膜干涉，A正确；雨后天空中出现的彩虹，是天空中小水滴对阳光色散形成的；通过笔间狭缝观看日光灯管出现彩色，属于单缝衍射；而阳光下树影中呈出的小圆斑，则属于树叶间形成的小孔成像，故B、C、D均错误．故选A.
【答案】 A
本题易误选D，误认为树影中的小圆形光斑是阳光通过叶间小孔衍射形成的．实际上因孔“较大”，圆形光斑是太阳通过小孔成的像.
1．对于光的衍射现象的定性分析，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波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象
B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论
D．光的衍射现象说明了光具有波动性
【解析】 光的干涉现象和衍射现象无疑地说明了光具有波动性，光的直线传播规律只是近似的，只有在光波长比障碍物小的多的情况下，光才可以看作是直进的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，故上述选项中正确的是A、B、D.
【答案】 ABD
二、光的衍射图样分析
在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( )
A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄
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B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄
C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽
D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
【导析】 比较单色光波长的大小关系，利用光发生明显衍射现象的条件进行判断．
【解析】 当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，故B错误，A、C、D正确．
【答案】 ACD
一般障碍物的尺寸都比可见光波波长大得多，所以对于可见光来说，波长越长，衍射现象越明显；衍射条纹间距的变化可以根据干涉条纹间距与光的波长关系分析.
2．一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( )
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些
B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央明条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的明条纹
D．无条纹，只存在一片红光
【解析】 本题要考查学生对发生明显衍射的条件的理解，及单缝衍射图样特点的认识，能够比较双缝干涉图样和单缝衍射图样的异同点．本题中这束红光通过双缝时，产生了干涉现象，说明每一条缝宽都很窄，满足这束红光发生明显衍射的条件，这束红光通过双缝在光屏上形成的干涉图样的特点是：中央出现明条纹，两侧对称出现等间隔的明暗相间条纹．而这束红光通过单缝时形成的衍射图样特点是：中央出现较宽的明条纹，两侧对称出现不等间隔的明暗相间条纹，且距中央明条纹远的明条纹亮度迅速减小，所以衍射图样看上去明暗相间的条纹数量较少．本题正确选项是B项．
【答案】 B
三、偏振现象的应用
两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以至没 有光通过．如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中将会产生下述的哪一种现象( )
A．透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零
B．透过的光强先增强，然后减少到非零的最小值
C．透过的光强在整个过程中都增强
D．透过的光强先增强，再减弱，然后又增强
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【导析】 偏振片允许振动方向与其透振方向不垂直的光通过．
【解析】 起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；偏振方向平行时，光强达到最大．当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光强先增强，然后又减小到零．故选A.
【答案】 A
通过光的起偏和检偏实验，充分认识和理解自然光和偏振光的特点，了解偏振光的产生.
1．某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点，你认为正确的是( )
A．若狭缝与灯泡平行，衍射条纹与狭缝平行
B．若狭缝与灯泡垂直，衍射条纹与铗缝垂直
C．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关
D．衍射条纹的间距与光的波长有关
【解析】 若狭缝与线状灯泡平行，衍射条纹与狭缝平行且现象明显，衍射条纹的疏密程度与缝宽有关，狭缝越小，条纹越疏；条纹间距与波长有关，波长越长，间距越大．
【答案】 ACD
2．关于光的衍射现象，下面说法正确的是( )
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
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，不存在光的衍射现象
【解析】 该题考查衍射图样和对衍射现象的理解．单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹．光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现光点，是衍射现象．光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的．不能认为不存在衍射现象．
【答案】 AC
3．下列现象中可以说明光是横波的是( )
A．光的干涉和衍射现象
B．光的色散现象
C．光的全反射现象
D．光的偏振现象
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【解析】 根据光能发生干涉和衍射现象，说明光是一种波，具有波动性；根据光的色散现象，说明同一介质对不同光的折射率不同，也说明不同光在同一介质中的速度不同；根据光的全反射现象，说明光由光密介质进入光疏介质和由光疏介质进入光密介质会有不同的现象；光的偏振现象说明振动方向与光的传播方向垂直，即说明光是横波，所以正确选项为D.
【答案】 D
4．如图4－6－2所示，让自然光照到P、Q两偏振片上，当P、Q两偏振片的透射光偏振方向间的夹角为以下哪个度数时，透射光的强度最弱( )
图4－6－2
A．0° B．30° C．60° D．90°
【解析】 当两偏振片的夹角为90°时，偏振光的振动方向与偏振片透振方向垂直，透射光最弱，故正确答案为D.
【答案】 D
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