第六节 光的衍射与偏振
第七节 激 光
学习目标 1.观察光的衍射现象,认识衍射条纹的特点。2.知道产生明显衍射的条件。3.观察光的偏振现象,知道光是横波。4.知道自然光和偏振光的区别,知道偏振现象的一些应用。5.了解激光的特征和应用。
知识点一 光的衍射
我们知道,波能够绕过障碍物发生衍射。例如,声音能够绕过障碍物传播。
既然光也是一种波,为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射,而且常常说“光沿直线传播”呢
1.光的衍射
光通过很小的狭缝(或圆孔)时,明显地偏离了 方向,在屏上散开到相当大的范围,这种现象叫作光的衍射。
2.衍射图样:衍射时产生的 相间的图样。
3.三种衍射图样的特点
(1)单缝衍射
①单色光:中央有一条 的条纹,两边是对称且 的条纹,亮条纹的强度向两边 。
②白光:中央是一条 条纹,两边是很快减弱的 。
③波长一定时,单缝窄的中央条纹宽,条纹间距大;单缝宽度不变时,光波波长长的中央条纹宽,条纹间距大。
(2)圆孔衍射:光通过小孔(孔很小)时,在光屏上出现明暗相间的圆环。如图所示。
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。
②圆孔越小,中央亮斑的直径越大,同时亮度越弱。
③用不同单色光照射圆孔时,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,周围是彩色的同心圆环。
(3)圆板衍射(泊松亮斑)
①若在单色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。衍射图样如图所示。
②中央是亮斑(与圆孔衍射图样中心亮斑比较,泊松亮斑较小),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。
4.光的衍射现象进一步证明了光具有 。
思考 (1)当障碍物的尺寸较大时,我们观察到光是沿直线传播的,此时光是否发生了衍射
(2)判断以下甲、乙两图哪个是光的单缝衍射图样,哪个是双缝干涉图样。
例1 如图所示,甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样,分析各图样的特点可以得出的正确结论是 ( )
A.甲、乙是光的干涉图样
B.丙、丁是光的干涉图样
C.形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D.形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
总结提升
种类 项目 单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生 条件 狭缝足够小(发生明显衍射) 频率相同的两列光波相遇叠加
条纹 宽度 条纹宽度不等,中央条纹最宽 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,越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同
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
训练1 如图,a、b 分别为两束波长为λa、λb的单色光经过同一实验装置得到的图样, 则( )
A.a、b 为干涉图样,λa>λb
B.a、b 为干涉图样,λa<λb
C.a、b 为衍射图样,λa>λb
D.a、b 为衍射图样,λa<λb
知识点二 光的偏振
在观看立体电影时,观众要戴上特制的眼镜,如果不戴这副眼镜,银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么
1.偏振现象
(1)如图所示,当狭缝的方向与绳的振动方向 时,绳上横波可以传过去;狭缝的方向与绳的振动方向 时,绳上横波就不能通过了,这种现象叫作偏振。
(2)偏振现象是 特有的现象, 不会出现偏振现象。
2.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 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,这个方向叫作透光方向。
(2)自然光和偏振光
①线偏振光:如果光振动的方向限在一个平面,这种光叫线偏振光。
②自然光:通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向不同的线偏振光组成,称为自然光。
(3)光的偏振现象说明光是一种 波。
例2 (多选)如图所示,电灯在S处发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮,则 ( )
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
总结提升 自然光与偏振光的比较
自然光(非偏振光) 偏振光
不同点 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光或由某种介质反射或折射的光
光的振动方向 在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿各个方向,且沿各个方向振动的光波的强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿某个特定方向(与偏振片透振方向一致)
相同点 不管是自然光还是偏振光,传播方向与振动方向一定垂直
训练2 (多选)关于光的偏振,下列说法正确的是 ( )
A.自然光通过偏振片后,就得到了偏振光
B.拍摄水面下的景物时,加偏振片可使像更清晰
C.所有的波都具有偏振现象
D.立体电影是应用光的偏振现象的一个实例
知识点三 激 光
激光的特点及其应用
特点 应用
强度大:它可以在很小的 和很短的 内集中很大的 用激光束切割、焊接,医学上可以用激光做“光刀”,激发核聚变等
方向性好:激光的 非常好,传播很远的距离后仍能保持一定的强度 激光测距,为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引
相干性好:激光具有频率 、相位差恒定、振动方向一致的特点,是人工产生的相干光,具有高度的相干性 全息照相光纤通信
思考判断 (1)激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点。 ( )
(2)激光可做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好的特点。 ( )
例3 (多选)激光的诞生是一件大事,它使得人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。下列激光的特性及其应用,正确的是( )
A.医学上用激光“焊接”剥落的视网膜,是利用激光的相干性
B.实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验,是利用激光单色性好
C.激光能够比较精确测量地球到月球的距离,是利用激光的方向性好
D.激光束很容易给坚硬的材料上打孔,是利用激光的强度大
训练3 (多选)激光火箭的体积小,却可以装载更大、更重的卫星或飞船,激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供,通过一套装置,像手电筒一样,让激光束射入火箭发动机的燃烧室,使推进剂受热而急剧膨胀,形成一股高温高压的燃气流,以极高的速度喷出,产生巨大的推力,把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的 ( )
A.单色性好 B.方向性好
C.强度大 D.相干性好
随堂对点自测
1.(光的衍射)(多选)关于光的衍射现象,下列说法正确的是( )
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.光照到不透明的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边缘模糊的大光斑,说明光沿着直线传播,不存在光的衍射
2.(光的衍射)单色光通过四种元件产生的明暗条纹图样如图所示,以下说法正确的是 ( )
A.甲、乙图为干涉图样,丙、丁图为衍射图样
B.甲图中条纹间距越大,该色光的波长越长
C.乙图中单缝越宽,中央亮纹越宽
D.丙图中圆孔尺寸越大,明暗图样越明显
3.(光的偏振)如图所示,一束自然光通过偏振片后照射到光屏上,则图中光屏上最暗的是(偏振片上的箭头表示透振方向)( )
4.(激光)纳米科技是跨世纪新科技,将激光束的宽度聚集到纳米级范围内,可修复人体已损坏的器官,对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,这是利用了激光的( )
A.单色性好 B.可调谐
C.强度大 D.相干性好
第六节 光的衍射与偏振
第七节 激 光
知识点一
导学
提示 因为可见光的波长很短,仅为400~760 nm,远小于一般障碍物的尺寸,衍射现象不明显。
知识梳理
1.直线传播
2.明暗
3.(1)①较宽较亮 明暗相间 很快减弱 ②白色 彩色条纹
4.波动性
[思考] 提示 (1)发生了,只是不明显。
(2)乙图为单缝衍射图样,甲图为双缝干涉图样。
例1 A [干涉条纹是等间距的条纹,因此题图甲、乙是干涉图样,题图丙、丁是衍射图样,故A正确,B错误;由公式Δx=λ可知,条纹宽的对应的光波长更长,所以形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长长,故C错误;形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长长,故D错误。]
训练1 C [从图像上可以看出条纹间距不相等,所以应该是衍射图样,并且a的条纹间距大于b的条纹间距;根据波长越长,衍射条纹间距越宽,可知,a对应光的波长较长,故C正确。]
知识点二
导学
提示 观看立体电影时,观众戴的特制眼镜是利用光的偏振原理制成的。当放映机同时将视点不同而略有偏差的影像投映在银幕上时,带上特制眼镜的观众,左、右眼睛分别只能看到其中相应的一个影像,由视神经传至大脑叠合在一起产生立体感。不戴特制眼镜时,两眼同时看到的两个影像重叠,就会模糊不清。
知识梳理
1.(1)相同 垂直 (2)横波 纵波
2.(1)特殊 (3)横
例2 BD [自然光在垂直于传播方向的平面内,沿各个方向的振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光,即偏振光。从电灯直接发出的光为自然光,它通过偏振片A后,即变为偏振光,故A错误,B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光,才能使P点无光亮,以SP为轴将B转过180°后,P处仍无光亮;以SP为轴将B转过90°后,则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,故C错误,D正确。]
训练2 ABD [自然光通过偏振片后,从而得到在某一方向振动的光,这就是偏振光,故A项正确;拍摄水面下的景物时,为防止反射光的干扰,在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响,故B项正确;只有横波才能发生光的偏振现象,故C项错误;立体电影的制作利用了光的偏振现象,放映的时候也是用双镜头放映机,其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振片,观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振片,这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像,故D项正确。]
知识点三
空间 时间 能量 平行度 相同
[思考判断] (1)√ (2)×
例3 BCD [医学上用激光“焊接”剥落的视网膜,是利用激光的亮度高,强度大,能量集中的特点,A错误;实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验,是利用激光纯净度高,频率单一,单色性好的特点,B正确;激光能够比较精确测量地球到月球的距离,是利用激光的方向性好,C正确;激光束很容易给坚硬的材料上打孔,是利用激光的亮度高,强度大,能量集中的特点,D正确。]
训练3 BC [由于激光站与火箭相距较远,为了减少能量损失,利用了激光具有很好的方向性的特点,同时利用激光的强度大特点,故B、C正确。]
随堂对点自测
1.AC [单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹,白光的单缝衍射图样是彩色直条纹,故A正确,B错误;光照到不透明的小圆盘上,出现泊松亮斑,是衍射现象,故C正确;光的衍射现象只有明显与不明显之分,大光斑的边缘模糊,正是光的衍射造成的,故D错误。]
2.B [题图甲中,条纹等间距,为单色光的双缝干涉图样,题图乙中,条纹不等间距,为单色光的单缝衍射图样,题图丙为单色光通过小圆孔的衍射图样,题图丁为单色光通过小圆盘的衍射图样,故A错误;题图甲中,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ知条纹间距越大,该色光的波长越长,故B正确;题图乙中单缝越宽,衍射现象越不明显,中央亮纹越窄,故C错误;题图丙中圆孔尺寸越大,衍射现象越不明显,故D错误。]
3.C [自然光通过偏振片后成为偏振光,当偏振光的振动方向与偏振片的透光方向平行时能够通过,垂直时不能通过,故C正确。]
4.C [将激光束的宽度聚集到纳米级范围内,可修复人体已损坏的器官,对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,这是利用了激光的强度大。故C正确。]第六节 光的衍射与偏振 第七节 激 光
(分值:100分)
选择题1~10题,每小题9分,共90分。
基础对点练
题组一 光的衍射
1.(多选)关于衍射,下列说法正确的是 ( )
衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
双缝干涉中也存在衍射现象
一切波都很容易发生明显的衍射现象
影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
2.关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中,正确的是 ( )
甲图是光的干涉图样
乙图是光的衍射图样
丙图是利用光的折射原理
丁图是光导纤维利用光的全反射原理,其内芯折射率小于外套的折射率
3.红光透过双缝在墙上呈现明暗相间的条纹,若将其中一个缝封住,在墙上可以观察到 ( )
4.(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细,激光束越过细丝时产生条纹的规律和激光束通过遮光板上同样宽度的窄缝时产生条纹的规律相同,则下列说法正确的是 ( )
这是利用光的干涉现象
这是利用光的衍射现象
如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了
如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细了
题组二 光的偏振
5.关于偏振现象,下列说法正确的是 ( )
所有单色光都是偏振光
一切光和波都能发生偏振现象
偏振现象是横波特有的现象
光的振动方向与偏振片的透光方向平行时,光完全不能通过偏振片
6.如图所示,白炽灯的右侧依次放置偏振片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
A、B均有变化
A不变,B有变化
A有变化,B不变
题组三 激光
7.关于激光,下列说法中正确的是 ( )
激光是自然界中某种物质直接发光产生的
激光相干性好,任何两束激光都能发生干涉
用激光照射不透明挡板上小圆孔时,光屏上能观测到等间距的光环
激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息
8.(多选)激光被誉为“神奇的光”,关于激光的应用,下列说法中正确的是 ( )
激光用来控制核聚变,是因为它的方向性好,光源的能量能集中在很小一点上,可以在空间某个小区域内产生极高的温度
由于激光是相干光,所以它能像无线电波那样被调制,用来传递信息
用激光拦截导弹、摧毁卫星,是因为激光在大气中传播不受大气的影响
能利用激光测量地面到月球表面的距离,是因为激光通过地球大气不会发生折射
综合提升练
9.夜晚,汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼,严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃,使射出的灯光变为偏振光;同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透振方向正好与对面灯光的振动方向垂直,但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置,如下措施可行的是 ( )
前窗玻璃的透光方向是竖直的,车灯玻璃的透光方向是水平的
前窗玻璃和车灯玻璃的透光方向都是竖直的
前窗玻璃的透光方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透光方向是斜向左上45°
前窗玻璃和车灯玻璃的透光方向都是斜向右上45°
10.下列关于光的认识,正确的是 ( )
光的干涉和衍射不仅说明了光具有波动性,还说明了光是横波
全息照片往往用激光来拍摄,主要是利用了激光的相干性
泊松亮斑是由光的干涉形成的
拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
11.(10分)应用激光平行度好的特性,可以精确地测量距离。对准目标发射一个极短的激光脉冲,测量发射脉冲与收到反射脉冲的时间间隔,就可求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲,测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s,则月球到地球的距离大约是多少
第六节 光的衍射与偏振
第七节 激 光
1.AB [衍射图样是复杂的光波的叠加现象,双缝干涉中光通过两个狭缝时均发生衍射现象,一般现象中既有干涉又有衍射,一切波都能发生衍射,但要发生明显的衍射,需要满足障碍物或小孔的尺寸小于或与波长相当的条件,故A、B正确。]
2.C [甲图是光的衍射图样,乙图是光的干涉图样,故A、B错误;丙图是利用光的折射原理,C正确;丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率,D错误。]
3.A [若将其中一个缝封住,在墙上可以观察到衍射条纹,即中央是亮纹且最宽,两边是明暗相间的条纹,且平行不等距。故A正确。]
4.BD [由于是激光束越过细丝,也就是通过障碍物,所以这是利用光的衍射现象,A错误,B正确;当细丝较细时,细丝的直径比较接近激光的波长,衍射现象会较明显,条纹宽度会更宽一些,C错误,D正确。]
5.C [自然光中的单色光不是偏振光,A错误;只有横波才能发生偏振现象,纵波不能发生偏振现象,因此偏振现象是横波特有的现象,B错误,C正确;光的振动方向与偏振片的透光方向垂直时,光完全不能通过偏振片,D错误。]
6.C [旋转偏振片P,A处得到的是强度始终相同的偏振光,偏振光再经过偏振片Q时,B处的光强随着P的转动而变化,当Q的透光方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时,B处的光强最弱,选项C正确。]
7.D [激光是人造光,不是自然界中某种物质直接发光产生的,故A错误;激光相干性好,只有频率相同、相位差恒定的两束激光才会发生干涉,故B错误;用激光照射不透明挡板上小圆孔时,光屏上能观测到衍射条纹,但间距不等,故C错误;激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息,故D正确。]
8.AB [激光用来控制核聚变,是因为它的方向性好,光源的能量能集中在很小一点上,可以在空间某个小区域内产生极高的温度,故A正确;由于激光是相干光,所以它能像无线电波那样被调制,用来传递信息,故B正确;用激光拦截导弹、摧毁卫星,是因为激光方向性好、强度大,故C错误;能利用激光测量地面到月球表面的距离,是因为激光平行度好、方向性好,故D错误。]
9.D [若前窗玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透光方向水平,则从车灯发出的光经物体反射后将不能透过前窗玻璃,司机面前将是一片漆黑,A错误;若前窗玻璃与车灯玻璃的透光方向均竖直,则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼,B错误;若前窗玻璃透光方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透光方向是斜向左上45°,则车灯发出的光经物体反射后无法透进本车车窗内,却可以透进对面车的车窗内,C错误;若前窗玻璃和车灯玻璃的透光方向都是斜向右上45°,则车灯发出的光经物体反射后可以透进本车车窗内,且不可以透进对面车的车窗内,D正确。]
10.B [光的干涉和衍射能说明光具有波动性,不能说明光是一种横波,光的偏振现象才说明了光是一种横波,故A错误;全息照片主要是利用了激光的相干性,故B正确;泊松亮斑是由光的衍射形成的,故C错误;玻璃的反射光为偏振光,所以拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃的反射光,故D错误。]
11.3.84×105 km
解析 真空中的光速c=3.0×108 m/s,从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间t=2.56 s,月球与地球间距离为s=×3.0×108×2.56 m=3.84×105 km。(共46张PPT)
第六节 光的衍射与偏振
第四章 光及其应用
第七节 激 光
1.观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点。
2.知道产生明显衍射的条件。
3.观察光的偏振现象，知道光是横波。
4.知道自然光和偏振光的区别，知道偏振现象的一些应用。5.了解激光的特征和应用。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二 光的偏振
知识点一 光的衍射
知识点三 激 光
知识点一 光的衍射
我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。
既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？
提示 因为可见光的波长很短，仅为400～760 nm，远小于一般障碍物的尺寸，衍射现象不明显。
1.光的衍射
光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了__________方向，在屏上散开到相当大的范围，这种现象叫作光的衍射。
2.衍射图样：衍射时产生的______相间的图样。
直线传播
明暗
3.三种衍射图样的特点
(1)单缝衍射
①单色光：中央有一条__________的条纹，两边是对称且__________的条纹，亮条纹的强度向两边__________。
②白光：中央是一条______条纹，两边是很快减弱的__________。
③波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝宽度不变时，光波波长长的中央条纹宽，条纹间距大。
较宽较亮
很快减弱
明暗相间
白色
彩色条纹
(2)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。如图所示。
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。
②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。
③用不同单色光照射圆孔时，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，周围是彩色的同心圆环。
(3)圆板衍射(泊松亮斑)
①若在单色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。衍射图样如图所示。
②中央是亮斑(与圆孔衍射图样中心亮斑比较，泊松亮斑较小)，
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。
4.光的衍射现象进一步证明了光具有________。
波动性
【思考】 (1)当障碍物的尺寸较大时，我们观察到光是沿直线传播的，此时光是否发生了衍射？
(2)判断以下甲、乙两图哪个是光的单缝衍射图样，哪个是双缝干涉图样。
提示 (1)发生了，只是不明显。
(2)乙图为单缝衍射图样，甲图为双缝干涉图样。
A
例1 如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )
A.甲、乙是光的干涉图样
B.丙、丁是光的干涉图样
C.形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D.形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
总结提升
种类 项目 单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生条件 狭缝足够小(发生明显衍射) 频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度 条纹宽度不等，中央条纹最宽 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，越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同
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
训练1 如图，a、b 分别为两束波长为λa、λb的单色光经过同一实验装置得到的图样， 则( )
C
A.a、b 为干涉图样，λa>λb
B.a、b 为干涉图样，λa<λb
C.a、b 为衍射图样，λa>λb
D.a、b 为衍射图样，λa<λb
解析 从图像上可以看出条纹间距不相等，所以应该是衍射图样，并且a的条纹间距大于b的条纹间距；根据波长越长，衍射条纹间距越宽，可知，a对应光的波长较长，故C正确。
知识点二 光的偏振
在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，如果不戴这副眼镜，银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么？
提示 观看立体电影时，观众戴的特制眼镜是利用光的偏振原理制成的。当放映机同时将视点不同而略有偏差的影像投映在银幕上时，带上特制眼镜的观众，左、右眼睛分别只能看到其中相应的一个影像，由视神经传至大脑叠合在一起产生立体感。不戴特制眼镜时，两眼同时看到的两个影像重叠，就会模糊不清。
1.偏振现象
(1)如图所示，当狭缝的方向与绳的振动方向______时，绳上横波可以传过去；狭缝的方向与绳的振动方向______时，绳上横波就不能通过了，这种现象叫作偏振。
相同
垂直
(2)偏振现象是______特有的现象，______不会出现偏振现象。
横波
纵波
2.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______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，这个方向叫作透光方向。
(2)自然光和偏振光
①线偏振光：如果光振动的方向限在一个平面，这种光叫线偏振光。
②自然光：通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向不同的线偏振光组成，称为自然光。
(3)光的偏振现象说明光是一种____波。
特殊
横
例2 (多选)如图所示，电灯在S处发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则( )
BD
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
解析 自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光，即偏振光。从电灯直接发出的光为自然光，它通过偏振片A后，即变为偏振光，故A错误，B正确；设通过A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，才能使P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮；以SP为轴将B转过90°后，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故C错误，D正确。
总结提升 自然光与偏振光的比较
自然光(非偏振光) 偏振光
不同点 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光或由某种介质反射或折射的光
光的振动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿各个方向，且沿各个方向振动的光波的强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向(与偏振片透振方向一致)
相同点 不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直
训练2 (多选)关于光的偏振，下列说法正确的是( )
A.自然光通过偏振片后，就得到了偏振光
B.拍摄水面下的景物时，加偏振片可使像更清晰
C.所有的波都具有偏振现象
D.立体电影是应用光的偏振现象的一个实例
解析 自然光通过偏振片后，从而得到在某一方向振动的光，这就是偏振光，故A项正确；拍摄水面下的景物时，为防止反射光的干扰，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响，故B项正确；只有横波才能发生光的偏振现象，故C项错误；立体电影的制作利用了光的偏振现象，放映的时候也是用双镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，故D项正确。
ABD
知识点三 激 光
激光的特点及其应用
特点 应用
强度大：它可以在很小的______和很短的______内集中很大的______ 用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”，激发核聚变等
方向性好：激光的________非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度 激光测距，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引
相干性好：激光具有频率______、相位差恒定、振动方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 全息照相
光纤通信
空间
时间
能量
平行度
相同
【思考判断】 (1)激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点。( )
(2)激光可做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好的特点。( )
√
×
×
BCD
例3 (多选)激光的诞生是一件大事，它使得人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。下列激光的特性及其应用，正确的是( )
A.医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性
B.实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光单色性好
C.激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的方向性好
D.激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的强度大
解析 医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的亮度高，强度大，能量集中的特点，A错误；实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光纯净度高，频率单一，单色性好的特点，B正确；激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的方向性好，C正确；激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高，强度大，能量集中的特点，D正确。
训练3 (多选)激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的( )
A.单色性好 B.方向性好 C.强度大 D.相干性好
解析 由于激光站与火箭相距较远，为了减少能量损失，利用了激光具有很好的方向性的特点，同时利用激光的强度大特点，故B、C正确。
BC
随堂对点自测
2
AC
1.(光的衍射)(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是( )
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.光照到不透明的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边缘模糊的大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射
解析 单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹，白光的单缝衍射图样是彩色直条纹，故A正确，B错误；光照到不透明的小圆盘上，出现泊松亮斑，是衍射现象，故C正确；光的衍射现象只有明显与不明显之分，大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，故D错误。
B
2.(光的衍射)单色光通过四种元件产生的明暗条纹图样如图所示，以下说法正确的是( )
A.甲、乙图为干涉图样，丙、丁图
为衍射图样
B.甲图中条纹间距越大，该色光的波长越长
C.乙图中单缝越宽，中央亮纹越宽
D.丙图中圆孔尺寸越大，明暗图样越明显
C
3.(光的偏振)如图所示，一束自然光通过偏振片后照射到光屏上，则图中光屏上最暗的是(偏振片上的箭头表示透振方向)( )
解析 自然光通过偏振片后成为偏振光，当偏振光的振动方向与偏振片的透光方向平行时能够通过，垂直时不能通过，故C正确。
C
4.(激光)纳米科技是跨世纪新科技，将激光束的宽度聚集到纳米级范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，这是利用了激光的( )
A.单色性好 B.可调谐
C.强度大 D.相干性好
解析 将激光束的宽度聚集到纳米级范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，这是利用了激光的强度大。故C正确。
课后巩固训练
3
AB
题组一 光的衍射
1.(多选)关于衍射，下列说法正确的是( )
A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B.双缝干涉中也存在衍射现象
C.一切波都很容易发生明显的衍射现象
D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
解析 衍射图样是复杂的光波的叠加现象，双缝干涉中光通过两个狭缝时均发生衍射现象，一般现象中既有干涉又有衍射，一切波都能发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物或小孔的尺寸小于或与波长相当的条件，故A、B正确。
基础对点练
C
2.关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是( )
A.甲图是光的干涉图样
B.乙图是光的衍射图样
C.丙图是利用光的折射原理
D.丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率
解析 甲图是光的衍射图样，乙图是光的干涉图样，故A、B错误；丙图是利用光的折射原理，C正确；丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，D错误。
A
3.红光透过双缝在墙上呈现明暗相间的条纹，若将其中一个缝封住，在墙上可以观察到( )
解析 若将其中一个缝封住，在墙上可以观察到衍射条纹，即中央是亮纹且最宽，两边是明暗相间的条纹，且平行不等距。故A正确。
BD
4.(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，激光束越过细丝时产生条纹的规律和激光束通过遮光板上同样宽度的窄缝时产生条纹的规律相同，则下列说法正确的是( )
A.这是利用光的干涉现象
B.这是利用光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
解析 由于是激光束越过细丝，也就是通过障碍物，所以这是利用光的衍射现象，A错误，B正确；当细丝较细时，细丝的直径比较接近激光的波长，衍射现象会较明显，条纹宽度会更宽一些，C错误，D正确。
C
题组二 光的偏振
5.关于偏振现象，下列说法正确的是( )
A.所有单色光都是偏振光
B.一切光和波都能发生偏振现象
C.偏振现象是横波特有的现象
D.光的振动方向与偏振片的透光方向平行时，光完全不能通过偏振片
解析 自然光中的单色光不是偏振光，A错误；只有横波才能发生偏振现象，纵波不能发生偏振现象，因此偏振现象是横波特有的现象，B错误，C正确；光的振动方向与偏振片的透光方向垂直时，光完全不能通过偏振片，D错误。
C
6.如图所示，白炽灯的右侧依次放置偏振片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.A、B均不变
B.A、B均有变化
C.A不变，B有变化
D.A有变化，B不变
解析 旋转偏振片P，A处得到的是强度始终相同的偏振光，偏振光再经过偏振片Q时，B处的光强随着P的转动而变化，当Q的透光方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时，B处的光强最弱，选项C正确。
D
题组三 激光
7.关于激光，下列说法中正确的是( )
A.激光是自然界中某种物质直接发光产生的
B.激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉
C.用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环
D.激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息
解析 激光是人造光，不是自然界中某种物质直接发光产生的，故A错误；激光相干性好，只有频率相同、相位差恒定的两束激光才会发生干涉，故B错误；用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，但间距不等，故C错误；激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息，故D正确。
AB
8.(多选)激光被誉为“神奇的光”，关于激光的应用，下列说法中正确的是( )
A.激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度
B.由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息
C.用激光拦截导弹、摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响
D.能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光通过地球大气不会发生折射
解析 激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度，故A正确；由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故B正确；用激光拦截导弹、摧毁卫星，是因为激光方向性好、强度大，故C错误；能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好、方向性好，故D错误。
D
9.夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与对面灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施可行的是( )
A.前窗玻璃的透光方向是竖直的，车灯玻璃的透光方向是水平的
B.前窗玻璃和车灯玻璃的透光方向都是竖直的
C.前窗玻璃的透光方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透光方向是斜向左上45°
D.前窗玻璃和车灯玻璃的透光方向都是斜向右上45°
综合提升练
解析 若前窗玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透光方向水平，则从车灯发出的光经物体反射后将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃的透光方向均竖直，则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼，B错误；若前窗玻璃透光方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透光方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透进本车车窗内，却可以透进对面车的车窗内，C错误；若前窗玻璃和车灯玻璃的透光方向都是斜向右上45°，则车灯发出的光经物体反射后可以透进本车车窗内，且不可以透进对面车的车窗内，D正确。
B
10.下列关于光的认识，正确的是( )
A.光的干涉和衍射不仅说明了光具有波动性，还说明了光是横波
B.全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性
C.泊松亮斑是由光的干涉形成的
D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
解析 光的干涉和衍射能说明光具有波动性，不能说明光是一种横波，光的偏振现象才说明了光是一种横波，故A错误；全息照片主要是利用了激光的相干性，故B正确；泊松亮斑是由光的衍射形成的，故C错误；玻璃的反射光为偏振光，所以拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃的反射光，故D错误。
11.应用激光平行度好的特性，可以精确地测量距离。对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到反射脉冲的时间间隔，就可求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s，则月球到地球的距离大约是多少？
答案 3.84×105 km
