2018学年高中物理第5章光的波动性光的衍射、偏振、色散、激光学案教科版选修3_4

光的衍射、偏振、色散、激光
【学习目标】
1．了解光的衍射现象及观察方法．
2．理解光产生衍射的条件．
3．知道几种不同衍射现象的图样．
5．知道振动中的偏振现象，偏振是横波特有的性质．
6．明显偏振光和自然光的区别．
7．知道光的偏振现象及偏振光的应用．
8．知道光的色散、光的颜色及光谱的概念．
9．理解薄膜干涉的原理并能解释一些现象．
10．知道激光和自然光的区别．
11．了解激光的特点和应用．
【要点梳理】
要点一、光的衍射
1．三种衍射现象和图样特征
(1)单缝衍射．
①单缝衍射现象．
如图所示，点光源发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿着直线传播，传播到光屏上的区域；若缝足够窄，则光的传播不再沿直线传播，而是传到几何阴影区，在区还出现亮暗相间的条纹，即发生衍射现象．
要点诠释：衍射是波特有的一种现象，只是有的明显，有的不明显而已．
②图样特征．
单缝衍射条纹分布是不均匀的，中央亮条纹与邻边的亮条纹相比有明显的不同：用单色光照射单缝时，光屏上出现亮、暗相间的衍射条纹，中央条纹宽度大，亮度也大，如图所示，与干涉条纹有区别．用白光照射单缝时，中间是白色亮条纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的是红光．
(2)圆孔衍射．
①圆孔衍射的现象．
如图甲所示，当挡板上的圆孔较大时，光屏上出现图乙中所示的情形，无衍射现象发生；当挡板上的圆孔很小时，光屏上出现图丙中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．
②图样特征．
衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是亮、暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小，用不同的光照射时所得图样也有所不同，如果用单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环．如果用白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．
(3)圆板衍射．
在1818年，法国物理学家菲涅耳提出波动理论时，著名的数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出圆板后面的中央应出现一个亮斑，这看起来是一个荒谬的结论，于是在同年，泊松在巴黎科学院宣称他推翻了菲涅耳的波动理论，并把这一结果当作菲涅耳的谬误提了出来但有人做了相应的实验，发现在圆板阴影的中央确实出现了一个亮斑，这充分证明了菲涅耳理论的正确性，后人把这个亮斑就叫泊松亮斑．

小圆板衍射图样的中央有个亮斑——泊松亮斑，图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小．
2．衍射光栅
(1)构成：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
(2)特点：它产生的条纹分辨程度高，便于测量．
(3)种类：．
3．衍射现象与干涉现象的比较
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
4．三种衍射图样的比较
如图所示是光经狭缝、小孔、小圆屏产生的衍射图样的照片．由图可见：
(1)光经不同形状的障碍物产生的衍射图样的形状是不同的．
(2)衍射条纹的间距不等．
(3)仔细比较乙图和丙图可以发现小孔衍射图样和小圆屏衍射图样的区别：①小圆屏衍射图样的中央有个亮斑——著名的“泊松亮斑”；②小圆屏衍射图样中亮环或暗环间距随着半径的增大而减小，而圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大；③乙图背景是黑暗的，丙图背景是明亮的．
5．光的直线传播是一种近似的规律
光的直线传播是一种近似的规律，具体从以下两个方面去理解：
(1)多数情况下，光照到较大的障碍物或小孔上时是按沿直线传播的规律传播的，在它们的后面留下阴影或光斑．如果障碍物、缝或小孔都小到与照射光的波长差不多(或更小)，光就表现出明显的衍射现象，在它们的后面形成泊松亮斑、明暗相间的条纹或圆环．
(2)光是一种波，衍射是它基本的传播方式，但在一般情况下，由于障碍物都比较大(比起光的波长来说)，衍射现象很不明显．光的传播可近似地看做是沿直线传播．所以，光的直线传播只是近似规律．
要点二、光的偏振
1．自然光和偏振光
(1)自然光：
从普通光源直接发出的自然光是无数偏振光的无规则集合，所以直接观察时不能发现光强偏向哪一个方向．这种沿着各个方向振动的光波强度都相同的光叫自然光．
自然光介绍：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。如图所示。

要点诠释：偏振片是由特殊材料制成的，其“狭缝”用肉眼不能看见，它只允许振动方向与“狭缝”平行的光波通过．通过偏振片后，自然光就变成了偏振光．如图所示，普通光源发出的光经过偏振片时，后面的光屏是明亮的，说明光透过了偏振片，若转动偏振片，光屏上亮度不变，说明透过光的强度不变，由此可知，自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同．
(2)偏振光：
只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光．如经过偏振片后的自然光．若偏振光再经过一个偏振片后，情况会怎样呢？如图1所示，当两偏振片的“狭缝”平行时，光屏上仍有亮光．当两偏振片的“狭缝”相互垂直时，透射光的强度几乎为零，光屏上是暗的．如图2所示．
结论：光是一种横波．
上面第l块偏振片叫起偏器；
第2块偏振片叫检偏器．
2．偏振光的两种产生方式
(1)让自然光通过偏振片；(2)自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．
要点诠释：平时我们所看到的光，除直接从光源射来的以外都是偏振光．
3．偏振光的应用：
(1)摄影技术中的应用：
光的偏振现象有很多应用．如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而可拍出清晰的照片．故人们把偏振滤光片叫做摄像机的“门卫”．
(2)偏振片在汽车挡风玻璃上的应用：
偏振片——汽车司机的福音．在夜间行车时，迎面开来的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故．如果在每辆车灯玻璃上和司机坐席前面的挡风玻璃上安装一块偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成角，就可以解决这一问题．这时，从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟司机座前挡风玻璃偏振片的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里．而从自己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己的挡风玻璃上的偏振片的透振方向相同，所以司机仍能看清自己的灯照亮的路面和物体．
(3)立体电影：
立体电影也是利用光的偏振原理
4．光波中的电场强度
光是电磁波，且电磁波中电场强度和磁感应强度的振动方向都与电磁波的传播方向垂直．实验指出，光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度引起的．因此常将的振动称为光振动．在与光波传播方向垂直的平面内，光振动的方向可以沿任意的方向．光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光．光振动沿着特定方向的光就是偏振光．
要点三、光的颜色、色散
1．双缝干涉中的色散
用不同的单色光作双缝干涉实验，得到的条纹之间的距离不一样，但都是明暗相间的单色条纹，由知，不同颜色的光，波长不同．红光最大，波长最长，紫光最小，波长最短．
白光干涉时的条纹是彩色的，可见白光是由多种色光组成的，发生干涉时，白光发生了色散现象．
2．薄膜干涉中的色散
用单色光照射薄膜时，两个表面反射的光是相干的，形成明暗相间的条纹．
用不同的单色光照射，看到亮纹的位置不同．
用白光照射时，不同颜色的光在不同位置形成不同的条纹，看起来就是彩色的．
3．折射时的色散
如图所示，一束白光通过三棱镜后会扩展成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色组成的光谱．注意：
(1)我们把射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫光通过棱镜的偏向角．实验表明，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大．这说明玻璃对不同色光的折射率不同．紫光的折射率最大，红光的折射率最小，依次为．
由于介质中的光速，故折射率大的光速小，各种色光在介质中的光速依次为：，即红光的速度最大，紫光速度最小．
如图所示，白光经三棱镜后，在光屏上呈现七色光带(光谱)；若从棱镜的顶角向底边看，由红到紫依次排列，紫光最靠近底边．光的色散实质上是光的折射现象．
(2)色散现象的产生表明，白光是由各种单色光组成的复色光．由于各种单色光通过棱镜时因折射率不同使光线偏折的角度不同，所以产生了色散现象．单色光通过棱镜不能再分，所以不能发生色散现象．
4．薄膜干涉

竖直放置的肥皂膜受到重力的作用，形成上薄下厚的楔形薄膜，在薄膜上不同的地方，来自前后两个面的反射光所走的路程差不同，在一些地方，这两列波叠加后互相加强，于是出现了亮纹；在另一些地方，叠加后互相削弱，于是出现了暗纹．
要点诠释：用单色光照射薄膜，看到的是明暗相间的条纹．用白光照射时，某一厚度的地方，是这一种色光被加强，另一厚度的地方则是另一种色光被加强，因此看到的是彩色条纹．水面上的油膜，马路上的油膜和肥皂泡上的彩色条纹都是薄膜干涉形成的．
5．分光镜

用来观察光谱，分析光谱的仪器叫分光镜，分光镜构造原理如图所示．
为平行光管，由两部分组成，一端有狭缝，另一端有凸透镜，狭缝到凸透镜的距离等于一倍焦距，狭缝入射的光经凸透镜后变成平行光线，射到三棱镜上．
三棱镜通过色散将不同颜色的光分开．
通过望远镜筒可以观察光谱，在上放上底片还可以拍摄光谱．
管在目镜中形成一个标尺，以便对光谱进行定量研究．
6．薄膜干涉现象的观察方法
用酒精灯火焰和肥皂薄膜观察光的薄膜干涉现象时，观察者眼睛、酒精灯、薄膜位置应如图所示，注意：观察的是火焰经薄膜反射的像，像上会出现明暗相间的水平条纹．本实验成功的关键是膜一定要薄，但又要有足够的韧性，不致很快破掉，以便有足够长的时间可以观察(可在清水中加一些洗洁精)．
7．各种色散现象的规律
(1)光的颜色取决于频率，从红光到紫光，频率逐渐增大，波长逐渐减小，色光由真空进入介质，频率不变，波长减小．
(2)色光从真空进入介质速度都要减小，在同一种介质中，从红光到紫光，速度逐渐减小．
(3)在同一种介质中，从红光到紫光，折射率逐渐增大．
8．用干涉法检查平面
如图（）所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹．如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果某处凹下，则对应明纹(或暗纹)提前出现，如图()所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图()所示．(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上)
9．增透膜的应用
在光学仪器中，为了减少光在光学元件(透镜、棱镜)表面的反射损失，可用薄膜干涉相消来减少反射光．像照相机、测距仪、潜望镜上用的光学元件表面为了减少光的反射损失都镀上了介质薄膜(氟化镁)，使薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的，这样反射回来的两列光波经过路程差恰好等于半个波长，它们干涉后就相互抵消．
要点诠释：这种薄膜减少光学表面反射造成的光能损失，增强了透镜透光的能量，故称之为增透膜．
而入射光一般是白光，增透膜不可能使所有的单色光干涉相消．由于人眼对绿光最敏感，一般增透膜的厚度做到使绿光垂直入射时完全抵消，这时红光和紫光没有显著削弱，所以有增透膜的光学镜头显淡紫色．
10．雨后天空中的彩虹产生的原因和条件
(1)彩虹是由于日光经过球状小水滴时，从空气射入球内要发生折射，从球内射向空气可能要发生全反射形成的．当阳光进入水滴后就被分解为七色光，这七色光再经过内表面反射进入我们的视角，我们就看见了七彩的虹．
如图甲所示是由于太阳光经过小水滴时，受到两次折射，一次反射，产生第一次彩虹，偏向程度与日光进行方向差，因此我们看到第一道彩虹呈现方位角，如图乙所示．
如图丙、丁所示，若目光受到两次折射、两次反射，则产生第二道彩虹()．由于红光受折射偏向最小，蓝光最大．第一道彩虹的颜色排列由内向外是：蓝→红，第二道则是红→蓝．
彩虹多发生在大雨过后，需背对阳光才看得到，每个人看到的彩虹都以观察者为中心形成或的光环．
其实，彩虹不仅仅来自天空，在有水雾和阳光的地方，都有可能看见彩虹，因为彩虹实际上是白光通过水滴折射、反射后产生的．
(2)大城市由于环境污染严重，空气中漂浮大量的粉尘等颗粒杂质，也使得空中的小水珠不再纯净，难以形成日光的折射和全反射，所以很难看到彩虹．
(3)要爱护环境，保护大气层，减小有害气体的排放，植树造林．
要点四、激光
1．激光具有的特点
(1)相干性好．所谓相干性好，是指容易产生干涉现象．普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件．所以，现在我们做双缝干涉实验时，无需在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹．利用相干光易于调制的特点，传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量，而光纤通信就必须借助激光技术才能发展．
(2)平行度非常好．与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距．现在利用激光测量地月距离精确度已达到．
(3)激光的亮度非常高．它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温不能直接照射眼睛，否则会伤害眼睛．
(4)激光单色性很好．激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的．
2．激光的应用举例与对应的特性
(1)激光雷达．对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲和收到反射回波的时间间隔，结合发射的方向，就可探知目标的方位和距离，结合多普勒效应，还可以求出目标的运动速度．(利用激光的平行度好)
(2)读盘．激光的平行度很好，可以会聚到很小的一点，让会聚点照射碟机、唱机、计算机的光盘上，就可读出光盘上记录的信息．(利用激光的平行度好)
(3)医用激光刀．可以用于医疗的某些手术上，具有手术时间短、损伤小、不会引起细菌感染、止血快等优点．(利用激光的亮度高)
(4)切割金属等难熔物质．用激光可以产生几千万度的高温，使最难熔的物质也可在瞬间汽化．(利用激光的亮度高)
(5)激光育种．用激光照射植物的种子，会使植物产生有益的变异，用于培育新晶种．(利用激光的亮度高)
(6)引起核聚变．使聚变能在控制前提下进行．(利用激光亮度高)
(7)激光可以作为武器使用，用以击毁侦察卫星，飞行的导弹、飞机、装甲车等．(利用激光的亮度高)
(8)作为干涉、衍射的光源．干涉、衍射现象明显．(利用其单色性好)
3．光源发射光子数的计算
从能量转化的角度思考，设光源的功率为，经过时间，则光源发射的光子数由和，可知．
4．激光武器
激光武器分为激光制导炸弹和激光热武器两种．激光制导炸弹在攻击目标时，由目标指示飞机发射激光，照射目标，由运载机投弹，制导炸弹则根据从目标反射回来的激光飞向目标．这种炸弹偏离目标不大于．而普通炸弹则通常平均偏离目标在左右．激光热武器是利用激光的热效应来破坏目标的．轻型的激光热武器可称为激光枪，可用来杀伤人员，重型的称为激光炮，可烧毁装甲车、飞机、导弹和卫星等．激光热武器的优点是速度快，命中率高．缺点是不能大面积的摧毁目标．制造激光热武器要求有大功率的激光器，目前有一些技术难题尚未完全解决，还处于研制阶段．
5．医疗
用激光可以治疗眼疾，如视网膜“焊接”、虹膜切除、角膜移植、治疗青光眼等．激光在皮肤科、五官科、妇科、肿瘤科、外科等方面也得到了应用．可治疗黑色素皮肤癌、血管肿瘤、“焊接”骨骼．外科用激光作为手术刀来切割组织，其优点是可以自动止血、伤口基本无菌、伤口愈合快．利用光导纤维传输激光，制成激光内窥镜来检查肠胃的病变．
【典型例题】
类型一、衍射现象
例1．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
【思路点拨】根据光波发生明显衍射的条件进行判断。
【答案】A、C
【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．
【总结升华】本题考查了光发生明显衍射的条件．同时强调了衍射是光的一种本性，它的存在不取决于我们是否能看见．
举一反三:
【变式1】在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测量爪形成的狭缝，观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝（灯管或灯丝都要平行于狭缝），可以看到( )．
A．黑白相间的直条纹 B．黑白相间的弧形条纹
C．彩色的直条纹 D．彩色的弧形条纹
【答案】C
例2．如图所示，四个图是不同的单色光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．是光的干涉图样
B．是光的干涉图样
C．形成图样的光的波长比形成图样光的波长短
D．形成图样的光的波长比形成图样光的波长短

【答案】A
【解析】干涉条纹是等距离的条纹，因此，图是干涉图样，图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式可知，条纹宽的入射光的波长长，所以图样的光的波长比图样的光的波长长，故C项错误，图样的光的波长比图样的光的波长长。故D项错误．
【总结升华】①双缝是干涉条纹，间距相等；②单缝是衍射条纹，间距不等，中央亮条纹最亮，两侧为间距不等的明暗相间的条纹．
举一反三:
【变式1】下图所示的4种明暗相间的条纹，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（灰黑色部分表示亮纹）。则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )．

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】题图中第1、3为干涉图样，第2、4为衍射图样。1的波长较长，为红光，3为蓝光。2的波长短，为紫光，4为黄光。所以颜色顺序依次是红紫蓝黄。

【变式2】某同学以线状白炽灯为光源，利用游标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，衍射条纹与狭缝垂直
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

【答案】A、C、D
【解析】若狭缝与线状灯平行，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．
【总结升华】游标卡尺两脚间形成单缝，缝与线状光源平行时才能产生衍射．
类型二、偏振光
例3．如图所示，是偏振片，的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，哪几种照射时能在的另一侧观察到透射光？( )．
A．太阳光
B．沿竖直方向振动的光
C．沿水平方向振动的光
D．沿与竖直方向成角振动的光
【思路点拨】只要光的振动方向不与偏振片的狭缝垂直，光都能通过偏振片．
【答案】A、B、D
【解析】根据光的现象，只要光的振动方向不与偏振片的狭缝垂直，光都能通过偏振片．太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成角振动的光均能通过偏振片．故A、B、D正确．
【总结升华】当光的振动方向不与偏振片透射方向垂直时，一定有光透射出去．
举一反三:
【变式1】如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片和，以光的传播方向为轴旋转偏振片或，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明( )．

A．光是电磁波 B．光是一种横波
C．光是一种纵波 D．光是概率波
【答案】B

例4．实验证明让一束太阳光入射到平静的水面上，如果入射角合适，其反射光线和折射光线是互相垂直的，且偏振方向也是互相垂直的偏振光．已知水的折射率为，求这一入射角为多少?

【答案】见解析
【解析】设入射角为，折射角为，反射角为．
由光的反射定律知
；
由光的折射定律得：
，
由题给条件知
，
故有
，
，
．
【总结升华】反射光线与折射光线互相垂直，则反射角与折射角之和为，再根据反射定律和折射定律就可求出入射角．
【变式1】一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物(糖)含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量，偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度，这一角度称为“旋光度”，的值只与糖溶液的浓度有关．将的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品中的含糖量．如图所示，是自然光源，是偏振片，转动，使到达处的光最强，然后将被测样品置于之间，则下列说法中正确的是( )．
A．到达处光的强度会明显减弱
B．到达处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片转动一个角度，使得处光强度最大，偏振片转过的角度等于
D．将偏振片转动一个角度，使得处光强度最大，偏振片转过的角度等于

【答案】A、C、D
【解析】自然光通过偏振片后得到垂直于光的传播方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏转方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转了一个角度，到达的光的偏振方向与的透振方向不完全一致，故处光的强度会明显减弱，故A项正确，B项错误；若将或转动一个角度，使得处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于，故C、D两项都正确．
【总结升华】解决光的偏振问题，关键是判断偏振光的振动方向与偏振片的透振方向的关系，若它们平行，则光强最强，若它们垂直，则光强最弱．
【变式2】通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板，当以入射光线为轴转动偏振片时，看到的现象有何不同?

【答案】见解析
【解析】该题考查自然光和偏振光的区别．通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛时，透射光的强度不随偏振片的旋转而变化．因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同．因此，当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了(肉眼对此不能感觉到)，但光的强弱没有改变．月亮、黑板反射的光是偏振光，它们通过偏振片透射过来的光线的强弱会随偏振片的旋转发生周期性的变化．
【总结升华】知道自然光和偏振光的区别．光源发出的光，沿着各个方向振动的光的强度都相同，叫做自然光．振动方向一定的光叫做偏振光．
类型三、光的颜色、色散
例5．如图所示一个小的光源发出白光，经三棱镜分光．若人沿着折射光线的反方向观察，通过棱镜可以看到( )．
A．白光点
B．光点上部红色，下部紫色
C．光点上部紫色，下部红色
D．看不到光源的像
【思路点拨】不同颜色的光发生折射时折射角不同。
【答案】C
【解析】由于各种单色光中，紫光的折射率最大，偏折角也最大，成的像最高，红光的折射率最小，偏折角也最小，成的像最低，故C正确．
【总结升华】此题易错选B，将右边光屏显示光谱颜色顺序跟人眼逆着光线看到的像的颜色混淆，两者是有区别的．
【变式】用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图甲是点燃酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )．
A．当金属丝圈旋转时干涉条纹同方向旋转
B．当金属丝圈旋转时干涉条纹同方向旋转
C．当金属丝圈旋转时干涉条纹同方向旋转
D．干涉条纹保持原来状态不变

【答案】D
【解析】金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时，楔形形状薄膜各处厚度形状几乎不变．因此，形成的干涉条纹保持原状态不变，D正确，A、B、C错误．
【总结升华】肥皂膜在重力作用下，形成劈形膜在同一水平线上、厚度相同，干涉出现直线条纹．
例6．如图所示，把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖．让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是( )．
A．干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧

【答案】A、C
【解析】根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项对B项错；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的．当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确．
【总结升华】薄膜干涉常用在科学技术上检查表面平整情况．
【变式】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲装置中抽去一张纸片．则当光垂直人射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( )．
A．变疏 B．变密 C．不变 D．消失
【答案】A
【解析】光线在空气膜的上、下表面发生反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹．设空气膜顶角为，处为两相邻亮条纹，如图所示，则此两处的光传播的路程分别为，．
因为路程差为，所以．
设此两相邻亮条纹中心的距离为，
则由几何关系得，即．
当抽去一张纸片减小时，增大，故选A．
【总结升华】本题考查了对薄膜干涉的正确理解，特别是同一条纹对应的空气薄膜的厚度相同这一知识点的灵活运用，考查了学生的应用能力．
例7．单色细光束射到折射率的透明球表面，光束在过球心的平面内，入射角，经折射进入球内后又经内表面反射一次，再经球表面折射后射出的光线，如图所示．(图上已画出入射光线和出射光线)．
(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向；
(2)求入射光线与出射光线之间的夹角为；
(3)如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的α角最大？哪种颜色光的角最小?
【思路点拨】由光的折射、反射定律，画出光路图。然后进行有关计算。同时注意：不同颜色的光折射率不同。
【答案】见解析
【解析】(1)如图所示．
(2)由折射定律
，
得
，
．
由几何关系及对称性，有：
．
，
把，代入得：
．
(3)透明球对红光的折射率最小，折射角最大，圆周角最大，故最大，同理紫光的角最小．
【总结升华】正确运用折射、反射定律并进行有关计算是本题的难点。
类型四、激光
例8．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为—个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为，波长为，发射功率为．
(1)每列光脉冲的长度是多少?
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每吸收能量达到以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积为，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失?

【答案】见解析
【解析】(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间．
一个光脉冲长度
．
(2)一个光脉冲所携带的能量
．
消除面积为的色斑需要光脉冲数为
．
【总结升华】注意本题中激光器发射的激光波长属于可见光中红光波段；每列光脉冲的长度远大于光的波长．抓住能量的转化与守恒是解题关键．
举一反三:
【变式1】某脉冲激光器的耗电功率为，每秒钟输出个光脉冲，每个脉冲持续的时间为，携带的能量为。则每个脉冲的功率为。该激光器将电能转化为激光能量的效率为。
【答案】，
例9．如图所示为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是：固定一束激光．以不变的入射角照到表面，折射后从表面射出，折射光线最后照到光电管上，光电管将光信息转变为电信号，依据激光束在上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化．设，玻璃对该光的折射率为，上的光斑向左移动了，则可确定玻璃的厚度比原来变________ (填“厚”或“薄”)了________．
【思路点拨】光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移。根究题图做有关计算。
【答案】厚
【解析】光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移，光斑向左移，可见玻璃砖变厚．由，得．设变厚了，
则，所以．
【总结升华】光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移是解题的根据。