人教版高中物理必修3-4讲义资料，复习补习资料：22光的衍射、偏振、色散、激光(提高)
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理必修3-4讲义资料，复习补习资料：22光的衍射、偏振、色散、激光(提高) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 314.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-16 21:13:50 | ||
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文档简介
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．
【巩固练习】
一、选择题
1．(2019 泰安县校级期末) 下列说法正确的是（ ）
A. 偏振光可以是横波，也可以是纵波
B. 激光不是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制来传递信息
C. 激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪
D. 一切波都很容易发生明显的衍射现象
2．如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样( )．
3．如图所示的四种明暗相间的条纹，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(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
4．(2019 江苏无锡市宜兴市期中试题)下面是四种与光有关的事实:
①用光导纤维传输信号
②用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
③一束白光通过三棱镜形成彩色光带
④水面上的油膜呈现彩色
其中,与光的干涉有关的是( )
A. ①④ B. ②④ C. ①③ D. ②③
【思路点拨】光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号；检查平面的平整度是利用薄膜干涉；色散是同种玻璃对不同的单色光的折射率不同造成的；水面上的油膜呈现彩色是薄膜干涉。
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°
6．水中同一深度排列着四个不同颜色的球．如果从水面上方垂直俯视各球，感觉最浅的是( )．
A．红球 B．黄球 C．绿球 D．紫球
7．（2019 福建卷）如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，。则 （ ）
A. λa＜λb , na＞nb， B. λa＞λb , na＜nb，
C . λa＜λb , na＜nb D. λa＞λb , na＞nb
8．如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，一束白光A从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出了发生了色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则( )．
A．从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光
B．从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光
C．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光
D．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光
9．如图所示，一细束复色光从空气中射到半球形玻璃体球心O点，经折射分为a、b两束光，分别由P、Q两点射出玻璃体．PP′、QQ′均与过O点的界面法线垂直．设光线a、b在玻璃体内穿行所用的时间分别为、，则等于( )．
A．QQ′: PP′ B．PP′: QQ′ C．OP′: OQ′ D．OQ′: OP′
16．如图所示，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为，一细光束以入射角α从P0点射入，．已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后( )．
A．传播方向相对于入射光方向向左偏转p角
B．传播方向相对于入射光方向向右偏转p角
C．红光在蓝光的左边
D．红光在蓝光的右边
11．如图所示，一束白色光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是( )．
A．红光的偏折最大，紫光的偏折最小
B．红光的偏折最小，紫光的偏折最大
C．玻璃对红光的折射率比紫光大
D．玻璃中紫光的传播速度比红光大
12．如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的( )．
13．激光发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )．
A．该光在真空中的波长为nλ
B．该光在真空中的波长为天λ/n
C．该光的频率为c/λ
D．该光的频率为c/(从nλ)
14．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，使其在光导纤维中进行传递信息
B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的
C．医学中用激光作“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
二、填空题
15．霓虹是由空中的小水滴对日光的折射、色散、全反射的综合效应所形成的．通常可看到两道弓形彩带，里面一道叫虹，比较明亮；外面一道叫霓，较为暗淡，如图(a)所示．
(1)虹是阳光在水滴内经二次折射、一次全反射形成的，如图(b)所示，从内到外色序的排列是_______；
(2)霓是阳光在水滴内经二次折射、二次全反射形成的，如图(c)所示，从内到外色序的排列是_______．
16．某脉冲激光器耗电功率2×103 W，每秒输出10个光脉冲，每个光脉冲输出的时间为10－8 s，携带的能量为0.2 J，每个光脉冲的功率为________W，该激光器将电能转化为激光能量的效率为________．
三、解答题
17．一般认为激光器发出的是频率为v的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率v是它的中心频率，它所包含的频率范围是△v(也称频率宽度)，让单色光照射到薄膜表面，一部分从前表面反射回来(这部分称为甲光)，其余的进入薄膜内部，其中的一小部分从薄膜后表面反射回来，并从前表面射出(这部分称为乙光)。甲、乙这两部分光叠加而发生干涉，称为薄膜干涉．乙光比甲光相比，要多在薄膜中传播一小段时间△t．理论和实践都证明，能观察到明显的干涉现象的条件是：△t的最大值△tm与△v的乘积近似等于1，即只有满足，才会观察到明显的稳定的干涉现象．
已知某红宝石激光器发出的激光v＝4.32×1014 Hz，它的频率宽度△v＝8.0×109Hz．让这束单色光由空气斜射到折射率n＝的薄膜表面，射入时与薄膜表面成45°角，如图所示．
(1)求从O点射入薄膜中的光线的传播方向及传播速率．
(2)估算在上图所示的情景下，能观察到明显稳定的干涉现象的薄膜的最大厚度dm．
【答案与解析】
一、选择题
1．【答案】C
【解析】偏振光只可以是横波，A错误；激光是一种人工产生的相干光，B错误；激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，C正确；一切波都能明显的衍射，但明显的衍射需要条件，D错误；故选C。
2．【答案】B
3．【答案】B
【解析】从题中图样可以看出从左数1、3为干涉图样，由可知，左数第一个为红光的干涉图样，第3个为蓝光的干涉图样，2、4为衍射图样，第4图衍射明显，故4应为黄光的衍射图样，故应选B项．
4．【答案】B
【解析】①、光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号，①与光的干涉无关；②、检查平面的平整度的原理是经过空气层的前后两面反射的光线在标准样板的下表面叠加发生薄膜干涉形成干涉条纹，②与光的干涉有关；③、白光是复色光，而同一种玻璃对不同的单色光的折射率不同，虽然不同的单色光的入射角度相同但经玻璃折射后的出射角不同即发生了色散，③与光的干涉无关；④、光照在水面上的油膜上光在油膜的上下两个表面分别发生反射，两列反射光在油膜的上表面发生薄膜干涉形成彩色干涉条纹，故④与光的干涉有关。故选B。
5．【答案】D
【提示】两偏振片透振方向相同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．
6．【答案】D
【解析】设球的实际深度为h，人感觉的深度为h′，根据视深公式可知，由于水对紫光的折射率最大，故紫球看起来最浅，故选D．
7．【答案】B
【解析】由图知，三棱镜对b光的折射率较大，又因为光的频率越大，介质对光的折射率越大，所以na＞nb，故b光的频率大于a光的频率，再根据，所以b光的波长小于a光的波长，即λa＞λb，所以B正确，ACD错误。
8．【答案】B
【解析】光从左边界面入射后，发生折射现象，此时光从光密介质射向光疏介质，由于水对紫光的折射率比对红光的大，所以在入射角相同的情况下，折射角不同，紫光的折射角大于红光，故a为紫光，b为红光．
9．【答案】A
10．【答案】D
【解析】光线通过玻璃板后，方向不变但发生侧向位移，光频率越高，折射率越大，侧向位移越大．红光频率小于蓝光，所以蓝光侧向位移大，第一次透过玻璃板a后红光位于蓝光右边(如图所示)，当光线射到b上时，由于，由几何关系知光线从法线左侧入射．侧移情况与a相似，红光仍在蓝光右边，且两者间距加大，故选D．
11．【答案】B
12．【答案】D
【解析】酒精灯发出的光在肥皂膜前后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的光程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处光程差相同，而同一条明条纹(或暗条纹)上光程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同．故肥皂膜上的明(暗)条纹是一些水平的平行直线，即正确答案为D．
13．【答案】A、D
【解析】注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样．由于速度变化的原因，波长会相应变化，对同一频率的光它在真空中的波长应大于在介质中的波长．
14．【答案】C
【解析】由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用激光的相干性，A项错误．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性好，B项错误．医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点，C项正确．激光测距利用激光的平行性好，D项错误．
二、填空题
15．【答案】(1)紫到红 (2)红到紫
【解析】根据光的折射现象和色散知，太阳光经过水滴的光路图如图所示．所以(1)问正确答案是紫到红．
同理可分析(2)的正确答案是红到紫．
16．【答案】2×107 0.1%
【解析】．
，，
，故η＝0.1%．
三、解答题
17．【答案】见解析
【解析】（1）设从O点射入薄膜中的光线的折射角为r，根据折射定律有，
所以折射角为．光在薄膜中的传播速率．
（2）光在薄膜中经过的路程，光通过薄膜所用时间，当△t取最大值△tm时，对应的薄膜厚度最大．又因为，所以，解出．
【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．
【巩固练习】
一、选择题
1．(2019 泰安县校级期末) 下列说法正确的是（ ）
A. 偏振光可以是横波，也可以是纵波
B. 激光不是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制来传递信息
C. 激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪
D. 一切波都很容易发生明显的衍射现象
2．如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样( )．
3．如图所示的四种明暗相间的条纹，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(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
4．(2019 江苏无锡市宜兴市期中试题)下面是四种与光有关的事实:
①用光导纤维传输信号
②用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
③一束白光通过三棱镜形成彩色光带
④水面上的油膜呈现彩色
其中,与光的干涉有关的是( )
A. ①④ B. ②④ C. ①③ D. ②③
【思路点拨】光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号；检查平面的平整度是利用薄膜干涉；色散是同种玻璃对不同的单色光的折射率不同造成的；水面上的油膜呈现彩色是薄膜干涉。
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°
6．水中同一深度排列着四个不同颜色的球．如果从水面上方垂直俯视各球，感觉最浅的是( )．
A．红球 B．黄球 C．绿球 D．紫球
7．（2019 福建卷）如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，。则 （ ）
A. λa＜λb , na＞nb， B. λa＞λb , na＜nb，
C . λa＜λb , na＜nb D. λa＞λb , na＞nb
8．如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，一束白光A从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出了发生了色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则( )．
A．从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光
B．从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光
C．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光
D．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光
9．如图所示，一细束复色光从空气中射到半球形玻璃体球心O点，经折射分为a、b两束光，分别由P、Q两点射出玻璃体．PP′、QQ′均与过O点的界面法线垂直．设光线a、b在玻璃体内穿行所用的时间分别为、，则等于( )．
A．QQ′: PP′ B．PP′: QQ′ C．OP′: OQ′ D．OQ′: OP′
16．如图所示，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为，一细光束以入射角α从P0点射入，．已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后( )．
A．传播方向相对于入射光方向向左偏转p角
B．传播方向相对于入射光方向向右偏转p角
C．红光在蓝光的左边
D．红光在蓝光的右边
11．如图所示，一束白色光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是( )．
A．红光的偏折最大，紫光的偏折最小
B．红光的偏折最小，紫光的偏折最大
C．玻璃对红光的折射率比紫光大
D．玻璃中紫光的传播速度比红光大
12．如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的( )．
13．激光发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )．
A．该光在真空中的波长为nλ
B．该光在真空中的波长为天λ/n
C．该光的频率为c/λ
D．该光的频率为c/(从nλ)
14．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，使其在光导纤维中进行传递信息
B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的
C．医学中用激光作“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
二、填空题
15．霓虹是由空中的小水滴对日光的折射、色散、全反射的综合效应所形成的．通常可看到两道弓形彩带，里面一道叫虹，比较明亮；外面一道叫霓，较为暗淡，如图(a)所示．
(1)虹是阳光在水滴内经二次折射、一次全反射形成的，如图(b)所示，从内到外色序的排列是_______；
(2)霓是阳光在水滴内经二次折射、二次全反射形成的，如图(c)所示，从内到外色序的排列是_______．
16．某脉冲激光器耗电功率2×103 W，每秒输出10个光脉冲，每个光脉冲输出的时间为10－8 s，携带的能量为0.2 J，每个光脉冲的功率为________W，该激光器将电能转化为激光能量的效率为________．
三、解答题
17．一般认为激光器发出的是频率为v的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率v是它的中心频率，它所包含的频率范围是△v(也称频率宽度)，让单色光照射到薄膜表面，一部分从前表面反射回来(这部分称为甲光)，其余的进入薄膜内部，其中的一小部分从薄膜后表面反射回来，并从前表面射出(这部分称为乙光)。甲、乙这两部分光叠加而发生干涉，称为薄膜干涉．乙光比甲光相比，要多在薄膜中传播一小段时间△t．理论和实践都证明，能观察到明显的干涉现象的条件是：△t的最大值△tm与△v的乘积近似等于1，即只有满足，才会观察到明显的稳定的干涉现象．
已知某红宝石激光器发出的激光v＝4.32×1014 Hz，它的频率宽度△v＝8.0×109Hz．让这束单色光由空气斜射到折射率n＝的薄膜表面，射入时与薄膜表面成45°角，如图所示．
(1)求从O点射入薄膜中的光线的传播方向及传播速率．
(2)估算在上图所示的情景下，能观察到明显稳定的干涉现象的薄膜的最大厚度dm．
【答案与解析】
一、选择题
1．【答案】C
【解析】偏振光只可以是横波，A错误；激光是一种人工产生的相干光，B错误；激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，C正确；一切波都能明显的衍射，但明显的衍射需要条件，D错误；故选C。
2．【答案】B
3．【答案】B
【解析】从题中图样可以看出从左数1、3为干涉图样，由可知，左数第一个为红光的干涉图样，第3个为蓝光的干涉图样，2、4为衍射图样，第4图衍射明显，故4应为黄光的衍射图样，故应选B项．
4．【答案】B
【解析】①、光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号，①与光的干涉无关；②、检查平面的平整度的原理是经过空气层的前后两面反射的光线在标准样板的下表面叠加发生薄膜干涉形成干涉条纹，②与光的干涉有关；③、白光是复色光，而同一种玻璃对不同的单色光的折射率不同，虽然不同的单色光的入射角度相同但经玻璃折射后的出射角不同即发生了色散，③与光的干涉无关；④、光照在水面上的油膜上光在油膜的上下两个表面分别发生反射，两列反射光在油膜的上表面发生薄膜干涉形成彩色干涉条纹，故④与光的干涉有关。故选B。
5．【答案】D
【提示】两偏振片透振方向相同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．
6．【答案】D
【解析】设球的实际深度为h，人感觉的深度为h′，根据视深公式可知，由于水对紫光的折射率最大，故紫球看起来最浅，故选D．
7．【答案】B
【解析】由图知，三棱镜对b光的折射率较大，又因为光的频率越大，介质对光的折射率越大，所以na＞nb，故b光的频率大于a光的频率，再根据，所以b光的波长小于a光的波长，即λa＞λb，所以B正确，ACD错误。
8．【答案】B
【解析】光从左边界面入射后，发生折射现象，此时光从光密介质射向光疏介质，由于水对紫光的折射率比对红光的大，所以在入射角相同的情况下，折射角不同，紫光的折射角大于红光，故a为紫光，b为红光．
9．【答案】A
10．【答案】D
【解析】光线通过玻璃板后，方向不变但发生侧向位移，光频率越高，折射率越大，侧向位移越大．红光频率小于蓝光，所以蓝光侧向位移大，第一次透过玻璃板a后红光位于蓝光右边(如图所示)，当光线射到b上时，由于，由几何关系知光线从法线左侧入射．侧移情况与a相似，红光仍在蓝光右边，且两者间距加大，故选D．
11．【答案】B
12．【答案】D
【解析】酒精灯发出的光在肥皂膜前后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的光程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处光程差相同，而同一条明条纹(或暗条纹)上光程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同．故肥皂膜上的明(暗)条纹是一些水平的平行直线，即正确答案为D．
13．【答案】A、D
【解析】注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样．由于速度变化的原因，波长会相应变化，对同一频率的光它在真空中的波长应大于在介质中的波长．
14．【答案】C
【解析】由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用激光的相干性，A项错误．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性好，B项错误．医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点，C项正确．激光测距利用激光的平行性好，D项错误．
二、填空题
15．【答案】(1)紫到红 (2)红到紫
【解析】根据光的折射现象和色散知，太阳光经过水滴的光路图如图所示．所以(1)问正确答案是紫到红．
同理可分析(2)的正确答案是红到紫．
16．【答案】2×107 0.1%
【解析】．
，，
，故η＝0.1%．
三、解答题
17．【答案】见解析
【解析】（1）设从O点射入薄膜中的光线的折射角为r，根据折射定律有，
所以折射角为．光在薄膜中的传播速率．
（2）光在薄膜中经过的路程，光通过薄膜所用时间，当△t取最大值△tm时，对应的薄膜厚度最大．又因为，所以，解出．