2019_2020学年高考物理主题3光及其应用5_6光的衍射光的偏振学案(必修1)

5 光的衍射

6 光的偏振

[学科素养与目标要求]

物理观念：1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件.2.知道衍射条纹的特点.3.知道光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别.

科学思维：1.会区分衍射条纹和干涉条纹.2.能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象.

科学探究：通过观察光的偏振实验，了解光的偏振现象，加深对偏振的理解.

一、光的衍射

1.用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方.这就是光的衍射现象.

2.各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹.

3.发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显.

4.衍射光栅

(1)构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件.

(2)增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加.

(3)种类：透射光栅和反射光栅.

二、光的偏振

1.偏振片

由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”.

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，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同.这种光是“自然光”.

(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光.

3.光的偏振现象说明光是一种横波.

4.偏振现象的应用

照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示、立体电影、车灯眩光的消除等.

1.判断下列说法的正误.

(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的.( ×)

(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象.( ×)

(3)横波和纵波都能产生偏振现象.( ×)

(4)自然光通过偏振片可以获得偏振光.( √)

2.下列四幅图片中属于光的干涉的是________，属于光的衍射的是________.

答案 a b、d

一、光的衍射

(1)让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化.缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？

(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？答案(1)大约0.4mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱.

(2)会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环.

1.单缝衍射

(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹.中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹.

(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大.

2.圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现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.如图1所示.

图1 图2

3.圆板衍射(泊松亮斑)

(1)若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑.衍射图样如图2所示.

(2)中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环. 例1 (多选)(2017·南通高二检测)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白黑相间的直条纹

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

答案 AC

解析 红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹，光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，是衍射现象，光的衍射现象只有明显与不明显之分，D 项屏中大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象.

二、单缝衍射与双缝干涉的比较

1.不同点

(1)产生条件⎩⎪⎨⎪⎧ 单缝衍射：只要狭缝足够小双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加

(2)图样⎩⎪⎨⎪⎧ 单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，两侧亮条纹变暗变窄双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹

2.相同点

(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果.

(2)都是波特有的现象，表明光是一种波.

例2 (2018·厦门一中高二下学期期中)如图3所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹).则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是

( )

图3

A.红黄蓝紫

B.红紫蓝黄

C.蓝紫红黄

D.蓝黄红紫

答案 B

解析 双缝干涉条纹平行等距，且波长越长，条纹间距越大，而红光波长比蓝光波长长，故第一幅图为红光，第三幅图为蓝光；又由于黄光波长比紫光波长长，故第四幅图为黄光的衍

射图样，第二幅图为紫光的衍射图样.

[学科素养] 例2分辨了衍射和干涉图样.宽度上：双缝干涉的条纹是等宽等间距的，而单缝衍射的条纹是中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄；亮度上：双缝干涉条纹从中央往两侧亮度变化很小；而单缝衍射的中央条纹最亮，两侧逐渐变暗，在分辨过程中提高了学生的综合分析能力，这是对基于事实构建的物理模型的应用过程，体现了“科学思维”的学科素养. 针对训练(多选)如图4(a)所示是做双缝干涉实验的示意图.先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝.若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，则( )

图4

A.完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹

B.完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹

C.完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹

D.完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹

答案AD

解析题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样，再根据条纹宽度的有关因素分析即可.题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹，再根据条纹宽度的有关因素进行分析即可.操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)图案，由图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上为题图(c)图案，再结合波长关系可知D正确.

三、光的偏振

如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？