第六节 光的衍射和偏振
第七节 激 光
学习目标 1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件。 2.知道光的衍射条纹的特点。 3.知道光的偏振现象，了解光是一种横波。 4.了解激光的特性和应用。
知识点一 光的衍射
用单色平行光照射狭缝，当缝比较宽时，光屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。当缝调到0.8 mm时，光屏上的亮条纹的宽度比0.8 mm大还是小？当缝调到0.4 mm时条纹的宽度和亮度如何变化？光还沿直线传播吗？
1.狭缝衍射现象：当狭缝不断变窄时，观察屏上会出现中央________且宽、两边对称分布、明暗相间的光带，整个图样远大于光通过狭缝时按照直线传播所能照亮的区域。这表明光__________狭缝边缘传播，而不是沿直线传播，这就是光的狭缝衍射现象。
2.圆孔衍射现象：当圆孔足够小时，同样能观察到中央为明显的亮斑、周围是____________的圆形光环的图样。和光线通过狭缝传播相似，圆形光环的图样远大于通过圆孔时按照直线传播所能照亮的区域，这就是光的圆孔衍射现象。
3.发生明显衍射的条件：当障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至________光的波长时，衍射现象将十分明显。
4.单缝衍射与双缝干涉的比较
名称 单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多 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 条纹宽度几乎相等
亮度 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同
相同点 成因 都是光波叠加时加强或削弱的结果
意义 都是波特有的现象，表明光是一种波
现象 都有明暗相间的条纹，条纹宽度和间距都随波长变大而变宽
【思考】 太阳光照射一块遮光板，遮光板上有一个大的三角形孔，随着遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的三角形光斑先变成小圆形光斑，后出现明暗相间的圆环，试说明其中的道理。
例1 对于单缝衍射现象，下列说法正确的是( )
A.缝的宽度d越小，衍射条纹越亮
B.缝的宽度d越小，衍射现象越明显
C.缝的宽度d越小，光传播路线越接近直线
D.入射光的波长越短，衍射现象越明显
听课笔记
(1)光遇到障碍物时都会发生衍射现象，只不过有明显与不明显之分。
(2)对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；相对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显。
(3)因为光的波长较短，通常不容易观察到光的衍射现象。
例2 (多选)(2024·福建厦门高二月考)下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断中，准确无误的是( )
A.甲图是小孔衍射的图样，乙图为“泊松亮斑”
B.甲图为“泊松亮斑”，乙图是小孔衍射的图样
C.丙图是双缝干涉图样，丁图是单缝衍射图样
D.丙图是单缝衍射图样，丁图是双缝干涉图样
听课笔记
反思提升 圆孔衍射与圆盘衍射图样比较
圆孔衍射 圆盘衍射
图样
区别 中央是大且亮的圆形亮斑，外侧较暗 阴影中心有一个很小的亮斑(泊松亮斑)，外侧明亮
圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大 圆盘衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小
相同 不等间距的明暗相间的圆环
训练1 (多选)在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况(图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况)，便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法中正确的是( )
A.这是利用光的直线传播规律
B.这是利用光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了
D.如果屏上条纹变宽，表明细丝细了
知识点二 光的偏振和激光
机械波中的横波能通过和振动方向相同的狭缝，不能通过与振动方向垂直的狭缝，纵波振动方向与运动方向相同，不存在这种现象，那光波属于横波还是纵波？
(c)自然光通过偏振片的实验结果
一、光的偏振
1.偏振光：偏振片透射的光的强度会随着旋转的角度而变化，当两块偏振片的透振方向________时，观察到的光最强，这说明从第二块偏振片出来的光的振动方向与第一块偏振片的透振方向相同。当两块偏振片的透振方向________时，几乎观察不到光，这种具有特定振动方向的光叫作偏振光。
2.只有横波才具有偏振性，验证光是________。
3.偏振光的应用：偏振光眼镜，就有效地减少雪地反射光线，有效衰减进入眼睛的光强；镜头上偏振滤光片可有效地减弱水面玻璃面__________的作用；3D电影。
二、激光
1.激光的特性
(1)单色性好 (2)____________好
(3)平行度好 (4)____________高
2.激光的应用
(1)激光有广泛应用，形成很多和激光相关的产业，比如激光通信、激光武器、激光加工、激光医学、激光成像。
(2)全息照相：能同时记录振幅与相位的照相叫作全息照相。
例3 (多选)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
听课笔记
(1)偏振片是由特殊材料制成的，每个偏振片都有特定的透振方向，光的振动方向与透振方向相同时，透光最强；与透振方向垂直，透光最弱，光不能透过偏振片；成其他角度，透光强度居中。
(2)获得偏振光的两种方式
①让自然光通过偏振片；
②自然光射到两种介质的分界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
训练2 如图所示，一束自然光通过偏振片照射到光屏上，则图中光屏上最暗的是(偏振片上的箭头表示透振方向)( )
例4 (多选)将激光束的宽度聚集到纳米级(10－9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A.单色性好 B.平行度好
C.粒子性 D.高能量
听课笔记
随堂对点自测
1.(光的衍射)(2024·广东江门期末)某同学拿一张不透光的卡片，用剪刀剪一条零点几毫米的细缝，再用激光笔发射激光照射细缝，他在对面的墙上看到，中央有一条较宽的亮条纹，两侧还有一系列明暗相间的条纹。产生这种现象的原因是( )
A.光的干涉 B.光的衍射
C.光的折射 D.光的偏振
2.(光的衍射)(2024·广东江门期末)某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是( )
A.甲图属于圆孔衍射
B.乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑
C.不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D.发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
3.(光的偏振)(多选)(2024·湖南株洲高二期末)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏，如图所示，则下列说法正确的是( )
A.Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变
B.Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱
C.P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变
D.P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱
4.(激光)关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( )
A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息
B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点
C.医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
第六节 光的衍射和偏振
第七节 激 光
知识点一
导学 提示 当缝调到0.8 mm时，亮条纹的宽度比0.8 mm大，而且还出现了明暗相间的条纹。当缝调到0.4 mm时，亮条纹的亮度降低，但宽度更大了，这表明，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。
知识梳理
1.亮 绕过了 2.明暗相间 3.小于
[思考] 提示 当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏首先出现的是三角形光斑；之后随着小孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑；小孔进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现了明暗相间的衍射条纹。
例1 B [缝的宽度d越小，衍射现象越明显，入射光的波长越长，衍射现象越明显，B正确。]
例2 AC [“泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”，而小孔衍射的图样是中间有“亮斑”，无阴影，A正确，B错误；丙图很明显是双缝干涉的图样，因干涉图样中的条纹间距是相等的，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮，丁图是单缝衍射图样，C正确，D错误。]
训练1 BD [由题意知明暗相间亮斑的形成是单缝衍射现象，故A错误，B正确；缝变窄，则条纹宽度变宽，如果屏上条纹变宽，表明细线变细，故C错误，D正确。]
知识点二
导学 提示 光波属于横波
知识梳理
一、1.一致 垂直 2.横波 3.反射光
二、1.(2)相干性 (4)亮度
例3 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。从电灯直接发出的光为自然光，故A错误；它通过偏振片A后，即变为偏振光，故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，则P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮，故C错误；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D正确。]
训练2 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振方向平行时能够通过，垂直时不能通过，所以A、B、D较亮，C较暗，C正确。]
例4 BD [激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官、进行基因修复。故选项B、D正确。]
随堂对点自测
1.B [单缝衍射图像的特点：中央有一条较宽较亮的条纹，两边是对称且明暗相间的条纹，且亮条纹的强度向两边逐渐减弱，所以产生这种现象的原因是光的衍射，故B正确。]
2.B [根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，故A正确；乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。]
3.BD [P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱，故B、D正确。]
4.C [由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的亮度高，平行度好，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；“激光测距雷达”利用的是激光的平行度好的特点，D错误。]第六节 光的衍射和偏振 第七节 激 光
(分值：100分)
选择题1～10题，每小题8分，共80分，11～12题，每小题10分，共20分，合计100分。
基础对点练
题组一 光的衍射
1.某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是( )
A B C D
2.在观察光衍射的实验中，分别观察到如图甲、乙所示清晰的明暗相间图样，图中黑线为暗纹。那么障碍物应是( )
乙图对应的是很小的不透明圆板
甲图对应的是很大的不透明圆板
乙图对应的是中间有大圆孔的不透明挡板
甲图对应的是中间有小三角形孔的不透明挡板
3.(多选)(2024·福建厦门高二期中)用游标卡尺观察光的衍射现象时，下列说法中正确的是( )
游标卡尺形成的狭缝应平行于日光灯，且狭缝远离日光灯，人眼也远离狭缝进行观察
游标卡尺狭缝平行于日光灯观察时，可观察到中央为白色条纹，两侧为彩色条纹，且彩色条纹平行于日光灯
狭缝宽度由0.5 mm缩小到0.2 mm，条纹间距变宽，亮度变暗
狭缝宽度由0.5 mm扩展到0.8 mm，条纹间距变宽，亮度变暗
4.(多选)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是( )
做单缝实验时，光强分布图如图乙所示
做单缝实验时，光强分布图如图丙所示
做双缝实验时，光强分布图如图乙所示
做双缝实验时，光强分布图如图丙所示
题组二 光的偏振和激光
5.如图所示，让自然光照射到P、Q两偏振片上，当P、Q两偏振片的透振方向夹角为以下哪些度数时，透射光的强度最弱( )
0° 30°
60° 90°
6.如图所示，让太阳光(自然光)通过M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上的亮度变化情况，下列判断中正确的是( )
只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光
光屏上亮度基本不变
光屏上亮、暗交替变化出现
光屏上只有一条亮线随偏振片的转动而转动
7.(多选)(2024·福建泉州高二期末)用旋光仪测糖溶液浓度时，偏振光通过糖溶液后，迎着光看，偏振方向以传播方向为轴旋转，旋转角θ称“旋光角”，θ与糖溶液浓度有关，θ测量值与标准值比较能确定含糖量，如图自然光源S，偏振片A、B，转动B使O处光最强，然后被测样品P置于A、B间( )
O处光强明显减弱
O处光强不明显减弱
B转一角度使O处光强最大，B转过角度θ
A转一角度使O处光强最大，A转过角度θ
8.(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，于是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( )
单色性好 平行度好
亮度高 相干性好
综合提升练
9.(2024·广东东莞期末)关于下列四幅图中，解释错误的是( )
光导纤维是光的全反射的应用
肥皂膜的彩色条纹是由于光的双缝干涉产生的
照片中，光经过大头针尖时产生的条纹是由于光的衍射
电影院中的3D电影利用了光的偏振
10.(多选)如图(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，红光波长大于蓝光波长，则( )
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
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
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
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
11.(2024·广东深圳高二期末)在日落时分拍摄水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是( )
减少阳光在水面上的反射光
最大限度地阻止阳光在水面上的反射光进入照相机镜头
增强光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度
减弱光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度
培优加强练
12.(多选)对于以下的光学现象说法中正确的是( )
图甲是双缝干涉示意图，若只增大挡板上两个狭缝S1、S2间的距离d，两相邻亮条纹间距离Δx将减小
图乙是单缝衍射实验现象，若只在狭缝宽度不同情况下，上图对应狭缝较宽
图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的
图丁中的P、Q是偏振片，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是横波
第六节 光的衍射和偏振
第七节 激 光
1.B [因为衍射条纹与单缝平行，条纹中间宽、两边窄，故B正确，A、C、D错误。]
2.A [比较两图，它们的背景明显不同，甲图的背景为黑色阴影，说明障碍物应是很大的不透明圆板，中间有透光并且带有衍射图样的条纹，说明挡板的中间有小圆孔；乙图的背景为白色，说明周围没有障碍物，中间有不透光圆形阴影，并且带有衍射图样的条纹，说明中间存在很小的不透明圆板，乙图正中央的小亮点是“泊松亮斑”，则A正确，B、C、D错误。]
3.BC [当游标卡尺狭缝平行于日光灯，狭缝远离日光灯时，眼睛应靠近狭缝进行观察，观察到平行于日光灯的彩色条纹，且中央为白色条纹，两侧为彩色条纹，A错误，B正确；狭缝越小，衍射现象越明显，即条纹间距变宽，但亮度变暗，C正确，D错误。]
4.AD [双缝干涉条纹等间距且中央和两侧亮度变化很小，单缝衍射条纹间距不等，是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹且中央亮条纹最亮，两侧亮条纹逐渐变暗，所以若做单缝实验时，光强分布图如图乙所示，若做双缝实验时，光强分布图如图丙所示，故B、C错误，A、D正确。]
5.D [两偏振片透振方向相同(平行)时透过的偏振光最强，两偏振片透振方向垂直时几乎没有偏振光透过，故A、B、C错误，D正确。]
6.B [太阳光是自然光，在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿任意方向，且各个方向上的光振动强度相同，所以旋转偏振片只能改变光振动的方向，不能改变光的强度。故B正确。]
7.ACD [不放样品时，转动B使O处光最强，此时A、B的透振方向相同。放置样品后，由于样品会使经过A的偏振光产生旋转角，所以此时穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向不再平行，O处光强将明显减弱，故A正确，B错误；根据前面分析可知，放入样品后，穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向存在夹角θ，若B转一角度使O处光强最大，则B转过角度θ，同理可知若A转一角度使O处光强最大，则A转过角度θ，故C、D正确。]
8.BC [由于激光站与火箭相距较远，为了减少能量损失，必须要求激光具有很好的平行度，同时利用激光的高能量特点，故B、C正确。]
9.B [光导纤维是光的全反射的应用，A正确；肥皂膜的彩色条纹是由于光的薄膜干涉产生的，B错误；照片中，光经过大头针尖时产生的条纹是由于光的衍射，C正确；电影院中的3D电影利用了光的偏振，D正确。]
10.AD [题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样。题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹。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，B错误；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上出现题图(c)图案，再结合波长关系可知D正确，C错误。]
11.B [日落时分的阳光照射到水面上时，反射光很强，照相机镜头对着水面时，进入镜头的光线既有阳光经水面的反射光，又有由水中折射入空气的折射光，折射光线进入镜头所摄得的照片才是水下景物的像。在镜头上安装一个偏振片，转动偏振片方向使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，即可最大限度地阻止反射光进入镜头，增强图像的清晰度，B正确。]
12.AD [根据Δx＝λ可知，只增大挡板上两个狭缝S1、S2间的距离d，两相邻亮条纹间距将减小，故A正确；根据发生明显衍射现象的条件可知，狭缝越窄，衍射现象越明显，因此题图乙中的上图对应狭缝较窄，故B错误；题图丙的干涉图样表明检测图样此处是凸起的，故C错误；只有横波才能产生偏振现象，因此光的偏振现象表明光是一种横波，故D正确。](共47张PPT)
第六节 光的衍射和偏振
第七节 激 光
第四章 光及其应用
1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件。
2.知道光的衍射条纹的特点。
3.知道光的偏振现象，了解光是一种横波。
4.了解激光的特性和应用。
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 光的偏振和激光
知识点一 光的衍射
知识点一 光的衍射
用单色平行光照射狭缝，当缝比较宽时，光屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹。当缝调到0.8 mm时，光屏上的亮条纹的宽度比0.8 mm大还是小？当缝调到0.4 mm时条纹的宽度和亮度如何变化？光还沿直线传播吗？
提示 当缝调到0.8 mm时，亮条纹的宽度比0.8 mm大，而且还出现了明暗相间的条纹。当缝调到0.4 mm时，亮条纹的亮度降低，但宽度更大了，这表明，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。
1.狭缝衍射现象：当狭缝不断变窄时，观察屏上会出现中央____且宽、两边对称分布、明暗相间的光带，整个图样远大于光通过狭缝时按照直线传播所能照亮的区域。这表明光________狭缝边缘传播，而不是沿直线传播，这就是光的狭缝衍射现象。
亮
绕过了
2.圆孔衍射现象：当圆孔足够小时，同样能观察到中央为明显的亮斑、周围是__________的圆形光环的图样。和光线通过狭缝传播相似，圆形光环的图样远大于通过圆孔时按照直线传播所能照亮的区域，这就是光的圆孔衍射现象。
明暗相间
3.发生明显衍射的条件：当障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至______光的波长时，衍射现象将十分明显。
小于
4.单缝衍射与双缝干涉的比较
名称 单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多 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 条纹宽度几乎相等
亮度 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同
相同点 成因 都是光波叠加时加强或削弱的结果
意义 都是波特有的现象，表明光是一种波
现象 都有明暗相间的条纹，条纹宽度和间距都随波长变大而变宽
【思考】 太阳光照射一块遮光板，遮光板上有一个大的三角形孔，随着遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的三角形光斑先变成小圆形光斑，后出现明暗相间的圆环，试说明其中的道理。
提示 当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏首先出现的是三角形光斑；之后随着小孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑；小孔进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现了明暗相间的衍射条纹。
B
例1 对于单缝衍射现象，下列说法正确的是( )
A.缝的宽度d越小，衍射条纹越亮
B.缝的宽度d越小，衍射现象越明显
C.缝的宽度d越小，光传播路线越接近直线
D.入射光的波长越短，衍射现象越明显
解析 缝的宽度d越小，衍射现象越明显，入射光的波长越长，衍射现象越明显，B正确。
(1)光遇到障碍物时都会发生衍射现象，只不过有明显与不明显之分。
(2)对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；相对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显。
(3)因为光的波长较短，通常不容易观察到光的衍射现象。
AC
例2 (多选)(2024·福建厦门高二月考)下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断中，准确无误的是( )
A.甲图是小孔衍射的图样，乙图为“泊松亮斑”
B.甲图为“泊松亮斑”，乙图是小孔衍射的图样
C.丙图是双缝干涉图样，丁图是单缝衍射图样
D.丙图是单缝衍射图样，丁图是双缝干涉图样
解析 “泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”，而小孔衍射的图样是中间有“亮斑”，无阴影，A正确，B错误；丙图很明显是双缝干涉的图样，因干涉图样中的条纹间距是相等的，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮，丁图是单缝衍射图样，C正确，D错误。
反思提升 圆孔衍射与圆盘衍射图样比较
圆孔衍射 圆盘衍射
图样
区别 中央是大且亮的圆形亮斑，外侧较暗 阴影中心有一个很小的亮斑(泊松亮斑)，外侧明亮
圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大 圆盘衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小
相同 不等间距的明暗相间的圆环
BD
训练1 (多选)在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况(图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况)，便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法中正确的是( )
A.这是利用光的直线传播规律
B.这是利用光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了
D.如果屏上条纹变宽，表明细丝细了
解析 由题意知明暗相间亮斑的形成是单缝衍射现象，故A错误，B正确；缝变窄，则条纹宽度变宽，如果屏上条纹变宽，表明细线变细，故C错误，D正确。
知识点二 光的偏振和激光
机械波中的横波能通过和振动方向相同的狭缝，不能通过与振动方向垂直的狭缝，纵波振动方向与运动方向相同，不存在这种现象，那光波属于横波还是纵波？
提示 光波属于横波
(c)自然光通过偏振片的实验结果
一、光的偏振
1.偏振光：偏振片透射的光的强度会随着旋转的角度而变化，当两块偏振片的透振方向______时，观察到的光最强，这说明从第二块偏振片出来的光的振动方向与第一块偏振片的透振方向相同。当两块偏振片的透振方向______时，几乎观察不到光，这种具有特定振动方向的光叫作偏振光。
2.只有横波才具有偏振性，验证光是______。
3.偏振光的应用：偏振光眼镜，就有效地减少雪地反射光线，有效衰减进入眼睛的光强；镜头上偏振滤光片可有效地减弱水面玻璃面________的作用；3D电影。
一致
垂直
横波
反射光
二、激光
1.激光的特性
(1)单色性好 (2)________ 好 (3)平行度好 (4)______ 高
2.激光的应用
(1)激光有广泛应用，形成很多和激光相关的产业，比如激光通信、激光武器、激光加工、激光医学、激光成像。
(2)全息照相：能同时记录振幅与相位的照相叫作全息照相。
相干性
亮度
例3 (多选)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
BD
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。从电灯直接发出的光为自然光，
故A错误；它通过偏振片A后，即变为偏振光，故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，则P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮，故C错误；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D正确。
(1)偏振片是由特殊材料制成的，每个偏振片都有特定的透振方向，光的振动方向与透振方向相同时，透光最强；与透振方向垂直，透光最弱，光不能透过偏振片；成其他角度，透光强度居中。
(2)获得偏振光的两种方式
①让自然光通过偏振片；
②自然光射到两种介质的分界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
C
训练2 如图所示，一束自然光通过偏振片照射到光屏上，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振方向平行时能够通过，垂直时不能通过，所以A、B、D较亮，C较暗，C正确。
例4 (多选)将激光束的宽度聚集到纳米级(10－9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A.单色性好 B.平行度好
C.粒子性 D.高能量
解析 激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官、进行基因修复。故选项B、D正确。
BD
随堂对点自测
2
B
1.(光的衍射)(2024·广东江门期末)某同学拿一张不透光的卡片，用剪刀剪一条零点几毫米的细缝，再用激光笔发射激光照射细缝，他在对面的墙上看到，中央有一条较宽的亮条纹，两侧还有一系列明暗相间的条纹。产生这种现象的原因是( )
A.光的干涉 B.光的衍射
C.光的折射 D.光的偏振
解析 单缝衍射图像的特点：中央有一条较宽较亮的条纹，两边是对称且明暗相间的条纹，且亮条纹的强度向两边逐渐减弱，所以产生这种现象的原因是光的衍射，故B正确。
B
2.(光的衍射)(2024·广东江门期末)某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是( )
A.甲图属于圆孔衍射
B.乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑
C.不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D.发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
解析 根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，故A正确；乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。
BD
3.(光的偏振)(多选)(2024·湖南株洲高二期末)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏，如图所示，则下列说法正确的是( )
A.Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变
B.Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱
C.P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变
D.P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱
解析 P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱，故B、D正确。
C
4.(激光)关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( )
A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息
B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点
C.医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
解析 由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的亮度高，平行度好，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；“激光测距雷达”利用的是激光的平行度好的特点，D错误。
课后巩固训练
3
B
基础对点练
题组一 光的衍射
1.某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是( )
解析 因为衍射条纹与单缝平行，条纹中间宽、两边窄，故B正确，A、C、D错误。
A
2.在观察光衍射的实验中，分别观察到如图甲、乙所示清晰的明暗相间图样，图中黑线为暗纹。那么障碍物应是( )
A.乙图对应的是很小的不透明圆板
B.甲图对应的是很大的不透明圆板
C.乙图对应的是中间有大圆孔的不透明挡板
D.甲图对应的是中间有小三角形孔的不透明挡板
解析 比较两图，它们的背景明显不同，甲图的背景为黑色阴影，说明障碍物应是很大的不透明圆板，中间有透光并且带有衍射图样的条纹，说明挡板的中间有小圆孔；乙图的背景为白色，说明周围没有障碍物，中间有不透光圆形阴影，并且带有衍射图样的条纹，说明中间存在很小的不透明圆板，乙图正中央的小亮点是“泊松亮斑”，则A正确，B、C、D错误。
BC
3.(多选)(2024·福建厦门高二期中)用游标卡尺观察光的衍射现象时，下列说法中正确的是( )
A.游标卡尺形成的狭缝应平行于日光灯，且狭缝远离日光灯，人眼也远离狭缝进行观察
B.游标卡尺狭缝平行于日光灯观察时，可观察到中央为白色条纹，两侧为彩色条纹，且彩色条纹平行于日光灯
C.狭缝宽度由0.5 mm缩小到0.2 mm，条纹间距变宽，亮度变暗
D.狭缝宽度由0.5 mm扩展到0.8 mm，条纹间距变宽，亮度变暗
解析 当游标卡尺狭缝平行于日光灯，狭缝远离日光灯时，眼睛应靠近狭缝进行观察，观察到平行于日光灯的彩色条纹，且中央为白色条纹，两侧为彩色条纹，A错误，B正确；狭缝越小，衍射现象越明显，即条纹间距变宽，但亮度变暗，C正确，D错误。
AD
4.(多选)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图像更清晰。如图甲所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是( )
A.做单缝实验时，光强分布图如图乙所示
B.做单缝实验时，光强分布图如图丙所示
C.做双缝实验时，光强分布图如图乙所示
D.做双缝实验时，光强分布图如图丙所示
解析 双缝干涉条纹等间距且中央和两侧亮度变化很小，单缝衍射条纹间距不等，是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹且中央亮条纹最亮，两侧亮条纹逐渐变暗，所以若做单缝实验时，光强分布图如图乙所示，若做双缝实验时，光强分布图如图丙所示，故B、C错误，A、D正确。
D
题组二 光的偏振和激光
5.如图所示，让自然光照射到P、Q两偏振片上，当P、Q两偏振片的透振方向夹角为以下哪些度数时，透射光的强度最弱( )
A.0° B.30° C.60° D.90°
解析 两偏振片透振方向相同(平行)时透过的偏振光最强，两偏振片透振方向垂直时几乎没有偏振光透过，故A、B、C错误，D正确。
B
6.如图所示，让太阳光(自然光)通过M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上的亮度变化情况，下列判断中正确的是( )
A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光
B.光屏上亮度基本不变
C.光屏上亮、暗交替变化出现
D.光屏上只有一条亮线随偏振片的转动而转动
解析 太阳光是自然光，在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿任意方向，且各个方向上的光振动强度相同，所以旋转偏振片只能改变光振动的方向，不能改变光的强度。故B正确。
ACD
7.(多选)(2024·福建泉州高二期末)用旋光仪测糖溶液浓度时，偏振光通过糖溶液后，迎着光看，偏振方向以传播方向为轴旋转，旋转角θ称“旋光角”，θ与糖溶液浓度有关，θ测量值与标准值比较能确定含糖量，如图自然光源S，偏振片A、B，转动B使O处光最强，然后被测样品P置于A、B间( )
A.O处光强明显减弱
B.O处光强不明显减弱
C.B转一角度使O处光强最大，B转过角度θ
D.A转一角度使O处光强最大，A转过角度θ
解析 不放样品时，转动B使O处光最强，此时A、B的透振方向相同。放置样品后，由于样品会使经过A的偏振光产生旋转角，所以此时穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向不再平行，O处光强将明显减弱，故A正确，B错误；根据前面分析可知，放入样品后，穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向存在夹角θ，若B转一角度使O处光强最大，则B转过角度θ，同理可知若A转一角度使O处光强最大，则A转过角度θ，故C、D正确。
BC
8.(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，于是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.平行度好
C.亮度高 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，必须要求激光具有很好的平行度，同时利用激光的高能量特点，故B、C正确。
B
综合提升练
9.(2024·广东东莞期末)关于下列四幅图中，解释错误的是( )
A.光导纤维是光的全反射的应用
B.肥皂膜的彩色条纹是由于光的双缝干涉产生的
C.照片中，光经过大头针尖时产生的条纹是由于光的衍射
D.电影院中的3D电影利用了光的偏振
解析 光导纤维是光的全反射的应用，A正确；肥皂膜的彩色条纹是由于光的薄膜干涉产生的，B错误；照片中，光经过大头针尖时产生的条纹是由于光的衍射，C正确；电影院中的3D电影利用了光的偏振，D正确。
AD
10.(多选)如图(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，红光波长大于蓝光波长，则( )
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
解析 题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样。题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹。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，B错误；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上出现题图(c)图案，再结合波长关系可知D正确，C错误。
B
11.(2024·广东深圳高二期末)在日落时分拍摄水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是( )
A.减少阳光在水面上的反射光
B.最大限度地阻止阳光在水面上的反射光进入照相机镜头
C.增强光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度
D.减弱光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度
解析 日落时分的阳光照射到水面上时，反射光很强，照相机镜头对着水面时，进入镜头的光线既有阳光经水面的反射光，又有由水中折射入空气的折射光，折射光线进入镜头所摄得的照片才是水下景物的像。在镜头上安装一个偏振片，转动偏振片方向使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，即可最大限度地阻止反射光进入镜头，增强图像的清晰度，B正确。
AD
培优加强练
12.(多选)对于以下的光学现象说法中正确的是( )
A.图甲是双缝干涉示意图，若只增大挡板上两个狭缝S1、S2间的距离d，两相邻亮条纹间距离Δx将减小
B.图乙是单缝衍射实验现象，若只在狭缝宽度不同情况下，上图对应狭缝较宽
C.图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的
D.图丁中的P、Q是偏振片，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是横波
