高中物理人教版 (新课标)选修38 激光课堂检测

第3节　光的衍射与偏振

第4节　激光

1．光通过很窄的缝或很小的孔时，光没有沿________传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到____________的地方的现象叫光的衍射现象．光产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长____或跟波长相差________．

2．光通过单缝发生衍射时，衍射条纹是一些________________的条纹，中央条纹最____、最____，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越____，亮度越____．

3．通常光源发出的光(包括太阳光)是由__________________________________________组成的，称为自然光．

4．使线偏振光射向一块偏振片时，如果这块偏振片的透光方向正好和入射的线偏振光振动方向________，这束线偏振光就不能通过了；如果这两个方向______，它就可以无阻碍地通过第二块偏振片；如果这两个方向成一个任意角度，____________________________通过偏振片．光的偏振现象证实是________．

5．激光是一种人工产生的相干光，与普通光相比，有一系列的特殊的性质：__________、________________、________________、________________覆盖波段宽而且可调谐．利用激光的特点，在社会生活中有极其广泛的应用：激光________、激光________________、激光________、激光________、激光________、激光________、________等．

6．对光的衍射现象的定性分析，不正确的是(　　)

A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生弯曲传播的现象

B．衍射条纹图样是光波相互叠加的结果

C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据

D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论

7．在垂直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，以下说法正确的是(　　)

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

概念规律练

知识点一　光的衍射现象

1．在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是(　　)

A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变小(λ黄>λ绿)

B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变小

C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变大

D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变大

2．可见光在空气中波长范围是4 400 到7 700 ，即4.4×10－4 mm到7.7×10－4 mm，下面关于光衍射条件的说法正确的是(　　)

A．卡尺两脚间的狭缝的宽度小到万分之几毫米以下时，才能观察到明显的衍射现象

B．卡尺两脚间的狭缝在小到0.4 mm以下时，通过它观察到线状白炽灯丝，有明显的衍射现象

C．卡尺两脚间的狭缝在小到0.2 mm以下时，通过它观察各种光源，都能看到明显的衍射现象

D．光的衍射条件“跟光的波长可以相比”是非常严格的，即只有孔或障碍物的尺寸跟波长差不多时才能观察到光的衍射

知识点二　对偏振现象的理解

3．如图1所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上，透射光的强度最大，则下列说法中正确的是(　　)

图1

A．此时A、B的透振方向平行

B．只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零

C．不论将A或B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零

D．将A沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零

4．如图2所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光(　　)

图2

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45 °角振动的光

知识点三　激光的特点及应用

5．在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的(　　)

A．亮度高       B．平行性好

C．单色性好      D．波动性好

6．2003年3月1日，美军空投传单，向伊军宣传说，美国利用卫星可以将地面状况看得一清二楚．而伊方称，已在首都布满了对空机关炮．(《华盛顿邮报》3月2日报道)试问：在战争爆发时，伊方欲用激光器击毁位于地平线上方的空间站，则应将激光器(　　)

A．瞄高些

B．瞄低些

C．沿视线直接瞄准

D．若激光束是红色，而空间站是蓝色的，则应瞄高些

方法技巧练

干涉和衍射现象的区分技巧

7．如图3甲、乙所示，是单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样，图中阴影部分表示亮条纹，下列判断正确的是(　　)

图3

A．甲为单缝衍射的图样

B．乙为双缝干涉的图样

C．甲为双缝干涉的图样

D．乙为单缝衍射的图样

8．单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象，在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹(　　)

A．干涉、衍射条纹间距都是均匀的

B．干涉、衍射条纹间距都是不均匀的

C．干涉条纹间距不均匀，衍射条纹间距均匀

D．干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀

1．关于衍射，下列说法中正确的是(　　)

A．干涉现象中条纹的出现是光波叠加后产生的结果

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

2．点光源照在一个剃须刀片上，在屏上形成了它的影子，其边缘较为模糊，原因是(　　)

A．光的反射      B．光强太小

C．光的干涉      D．光的衍射

3．用单色光通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是(　　)

A．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的

B．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的

C．中央均为亮点的同心圆条纹

D．中央均为暗点的同心圆条纹

4．抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图4所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则(　　)

图4

①这是利用光的干涉现象　②这是利用光的衍射现象　③如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了　④如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了

A．①③    B．②④    C．①④    D．②③

5．我们经常看到，凡路边施工处总挂有红色的电灯，这除了红色光容易引起人们的视觉反应外，还有一个重要的原因是(　　)

A．红光比其他色光更容易发生衍射

B．红光比其他色光更容易发生干涉

C．红光比其他可见光频率更大

D．红光比其他可见光在玻璃中的折射率小

6．下列哪些现象是光的衍射产生的(　　)

A．泊松亮斑

B．阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑

C．阳光经凸透镜后形成的亮斑

D．平行光照在一个较大障碍物上后，影的轮廓模糊不清

7．用单色光做双缝干涉实验和单缝衍射实验，比较屏上的条纹，下列说法中正确的是(　　)

A．双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹

B．单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹

C．双缝干涉条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹

D．单缝衍射条纹是等间距的明暗相间的条纹

8. 如图5所示，让自然光照到P偏振片上，当P、Q两偏振片的透振方向间的夹角为以下哪些度数时，透射光的强度最弱(　　)

图5

A．0°  　　　    B．30°

C．60°  　　　    D．90°

9．下面关于光的偏振现象的应用正确的是(　　)

A．自然光通过起偏器后成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向

B．立体电影利用了光的偏振现象

C．茶色眼镜利用了光的偏振现象

D．拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响

10．在拍摄日落时分水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是(　　)

A．减弱反射光，从而使景物的像清晰

B．增强反射光，从而使景物的像清晰

C．增强透射光，从而使景物的像清晰

D．减弱透射光，从而使景物的像清晰

11．将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症、遗传疾病等彻底根除，在上述技术中，人们利用了激光的(　　)

A．单向性      B．单色性

C．亮度高      D．粒子性

12．让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像，这是利用光的(　　)

A．平行度好，可以会聚到很小的一点上

B．相干性好，可以很容易形成干涉图样

C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量

D．波长短，很容易发生明显的衍射现象

13.让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，试分析在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)．

14．市场上有一种太阳镜，它的镜片是偏振片．查找资料或向有经验的人请教，回答以下问题．

为什么不用普通的带色玻璃而用偏振片？安装镜片时它的透振方向应该沿什么方向？利用偏振眼镜可以做哪些实验、哪些检测？

第3节　光的衍射与偏振

第4节　激光

答案

课前预习练

1．直线　相当宽　小　不多

2．明暗相间　宽　亮　小　低

3．大量的振动方向不同而互不相干的线偏振光

4．垂直　相同　将只有部分线偏振光　横波

5．强度大　方向性好　单色性好　相干性好　加工　全息照相　检测　通信　医学　照排　光盘

6．D　[根据光的衍射现象的定义可知选项A正确；衍射图中有明、暗条纹，这是不同处通过的光叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，选项B正确；因衍射也是波特有的现象，所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项C正确；当障碍物较大时，光的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的，选项D错误．]

7．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的．]

课堂探究练

1．ACD　[当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变大．故选项A、C、D正确．]

点评　(1)单缝越窄，衍射现象越明显，条纹间距越大．(2)波长越长，衍射现象越明显，条纹间距越大．

2．B　[实验证明，卡尺两脚间的狭缝小到0.4 mm以下时，通过它观察线状白炽灯丝，有明显的衍射现象，而当狭缝过小时，因通过的光线太暗，无法看到明显的衍射现象，而狭缝太大，因不满足衍射条件而无明显衍射现象．正确选项为B.]

点评　光发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸或缝、孔的宽度与波长相比相差不多或比波长更小时，才能发生明显的衍射，但光并没有机械波那么苛刻，如单缝衍射，一般缝的宽度不大于0.4 mm，衍射已比较明显，而一般光波波长为500 nm，此时缝宽d约等于光波波长的800倍，所以对光发生明显衍射的条件的理解要结合实验的真实情况．

3．AC　[当A、B两偏振片的透振方向平行时，光屏上的光强度最大；当二者透振方向垂直时，光屏上的光强度最小，几乎为零，由此可知A、C选项正确．]

4．ABD　[太阳光是自然光，沿各个方向振动的光都有，所以在偏振片另一侧可看到透射光；沿竖直方向振动的光，与P的透振方向相同，能透过偏振光；沿与竖直方向成45°角振动的光，有部分能透过偏振片P，故A、B、D正确．]

点评　当光的偏振方向与偏振片的透振方向相同时，透过偏振片的光最强，可与机械波的偏振现象相类比．

5．C　[频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光．故本题的正确答案是C.]

点评　由发生双缝干涉的条件是频率相同、相位差恒定，以及激光的单色性好、频率单一的特点，很快得出正确选择．

6．C　[空间站反射太阳的光射向地球，通过地球大气层要发生折射，而激光器发出的光通过大气层射向空间站也要发生折射，根据光路可逆，两者的光路相同．因此，A、B错，C对．D选项中空间站是蓝色的，反射光也是蓝色的，比红色激光束的折射率大，由折射定律知应瞄低些方能射中，故D错．]

点评　激光遵循的折射规律与普通光相同．

7．AB　[甲图中央条纹最宽，两侧条纹间距呈对称的渐小，是单缝衍射的特点，A正确；乙图条纹宽度几乎不变是双缝干涉图样，B正确．]

8．D　[干涉条纹间距相同，而衍射条纹间距不均匀，中央亮条纹最宽．D正确．]

方法总结　区分干涉与衍射要抓住以下两点：

(1)双缝是干涉，条纹间距相等．

(2)单缝是衍射，条纹间距不相等．中央亮条纹最宽，两侧为不等间距的明暗相间的条纹．

课后巩固练

1．AB　[干涉图样是很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．一切波都发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件．故A、B对．当障碍物的尺寸远大于波的波长时，光波就不能发生明显的衍射现象，更多地表现为光的直线传播性，在障碍物的背后，就留下了光达不到的暗区，这就是所谓的影．所以，影的形成并没有否定光的衍射，只是光对尺寸较大的障碍物来说没有产生明显的衍射而已．所以D项错误．只有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，衍射现象才十分明显．故C项错误．]

2．D

3．C　[本题主要考查泊松亮斑和单孔衍射图样的区别与相似点，两者的相似点就是图样中心都是亮点，但泊松亮斑周围有一个大的影区，在影区的边沿有明暗相间的圆环；单孔衍射图样是以中央亮点的圆心为圆心的明暗相间的同心圆环．]

4．B　[上述现象符合光的衍射产生的条件，故②正确；由衍射产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故④也正确．(丝的衍射条纹与单缝的衍射条纹类似)]

5．A　6.AD　7.AB

8．D　[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．]

9．ABD

10．A　[让偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，减弱反射光进入镜头，使水下景物的像清晰．]

11．AC

12．A　[激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误．]

13．见解析　

解析　

当三角形孔较大时，屏上出现一个三角形光斑，如图甲所示，随着三角形缓慢地收缩，光斑逐渐变小；当三角形孔小到一定程度时，屏上会出现倒立的烛焰，如图乙所示；继续使三角形孔缓慢收缩，可以观察到小孔衍射图样；当孔闭合时，屏上就会一片黑暗．

14．见解析

解析　两者的目的都是减少通光量，但普通带色玻璃改变了物体的颜色，而偏振片却没有，并且看景物的色彩柔和浓重．利用偏振片眼镜可以检验镜面反射光的偏振现象，可检测反射光和折射光的偏振方向．