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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第六节 光的衍射和偏振导学案
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这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第六节 光的衍射和偏振导学案，共18页。
光的衍射
1．狭缝衍射现象．
(1)当狭缝较宽时，光屏上是一条亮的光带，符合光的直线传播规律．
(2)当狭缝变窄时，光屏上会出现中央亮且宽、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按直线传播所能照亮的区域．
(3)定义：光绕过了狭缝边缘传播，而不是沿直线传播．
2．发生明显衍射现象的条件：障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至小于光的波长．
光的偏振
1．偏振片．
由特殊的材料制成，它有一个特殊的方向，叫作透振方向．当光的振动方向与透振方向平行时，光能完全通过偏振片．
2．偏振光．
(1)实验：太阳光通过两块偏振片，当两块偏振片的透光方向一致时，观察到的光最强；当两块偏振片的透振方向垂直时，几乎观察不到光．
(2)定义：具有特定方向的光．
(3)光的偏振现象说明光是一种横波．
3．偏振现象的应用．
偏振光眼镜、照相机镜头前的偏振滤光片、车灯眩光的消除等．
激光
1．特点：单色性好、相干性好、平行度好、亮度高．
2．应用．
(1)光导纤维：激光的亮度高，能在一定程度上保证携带信号的光在传输很长时间后仍具有足够的亮度．单色性好，只要选择好光入射到光纤的角度，则所有携带信号的光都满足全反射条件．
(2)测量距离和跟踪目标：雷达对准目标发出一个极短的激光脉冲，通过测量从发射脉冲到接收回波的时间，可算出目标的距离．
(3)医学上：可作“光刀”，还可以用水激光治疗牙疼．
(4)可预测天气预报．
(5)全息照相：能同时记录振幅和相位的照相．利用了激光的相干性、平行度好和亮度高的特点．
核心素养
小试身手
1．(多选)对光的衍射现象的定性分析，正确的是( ABC )
A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象
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
解析：根据光的衍射现象的定义可知A正确；衍射图样中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，B正确；因为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，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，D错误．
2．在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是( A )
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
解析：由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光，故A正确．
3．关于激光的应用问题，下列说法正确的是( C )
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的
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相干性，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．
光的衍射
知识归纳
1．狭缝衍射．
(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹．中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄．白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．
(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，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．如下图所示．
【典例1】 (多选)在狭缝衍射实验中，下列说法正确的是( ACD )
A．将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄
B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄
C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽
D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
解析：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，A、C正确；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，B错误；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宽，D正确．
(1)对于衍射条纹的特征用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”．其中“中白边彩”只适合于白光光源．
(2)各种衍射图样的形状不同，而图样的分布规律、影响因素都是类似的．
类题训练
1．(2024·甘肃天水月考)下列四幅图是某种单色光形成的干涉或衍射图样，其中与其他三幅表示不同类型的是( B )
解析：干涉图样的条纹间距相等，衍射图样的中央条纹最宽，所以B是光的干涉图样，A、C、D是光的衍射图样，故选B．
2．用图甲所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图乙所示．实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围．下列说法正确的是( D )
A．此实验说明了光不沿直线传播且具有粒子性
B．用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同
C．若只将圆孔变小，则中央亮斑和亮纹的亮度反而变大
D．若只将圆孔变小，则屏上得到的衍射图样的范围将会变大
解析：此实验说明了光的衍射现象，且光具有波动性，A错误；用不同波长的光做实验，衍射图样并不相同，因为波长越长，对同一圆孔而言，衍射现象越明显，B错误；圆孔变小，透光强度变小，中央亮斑和亮纹的亮度变弱，C错误；圆孔变小，衍射现象更明显，衍射图样的范围反而变大，D正确．故选D．
对光的偏振的理解
知识归纳
1．对偏振方向与透振方向的理解．
透振方向：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，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“透振方向”．
(1)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片．
(2)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，则仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间．
2．光的偏振的应用．
(1)偏振眼镜：登山运动员在攀登雪峰时，偏振眼镜可避免雪地反射光的伤害；夜间行车可减弱对面行驶过来的车辆的灯光进入眼睛的光强．
(2)偏振滤光片：在拍摄太阳斜照的水下景物或玻璃门窗里的图景时，会起到有效地减弱水面、玻璃面反射光的作用，获得清晰的照片．
【典例2】 (多选)如右图所示，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( 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．从电灯直接发出的光为自然光，故A错误；电灯发出的自然光通过偏振片A后，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，该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故D正确．
(1)当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，通过偏振片的光的强度不同．
(2)当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角为90°时，将无光通过偏振片．
类题训练
3．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( B )
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．
4．(多选)鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物(糖)的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α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如下图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是( ACD )
A．到达O处的光的强度会明显减弱
B．到达O处的光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片B转过的角度等于α
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片A转过的角度等于α
解析：自然光通过偏振片后得到振动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，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度α，到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；若将A或B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于α，故C、D正确．
激光
知识归纳
1．激光的产生：激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同．两列相同激光相遇可以发生干涉．激光是人工产生的相干光．
2．激光的特点．
(1)单色性好：激光发射的光谱宽度很窄，是单色产生很好的光源．
(2)相干性好：激光的频率单一，相干性非常好，颜色特别纯．用激光做衍射、干涉实验，效果很好．
(3)激光的平行度好：从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光．传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围．
(4)亮度高：激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．
【典例3】 (多选)激光技术是在1958年发明的．激光被誉为神奇的光．关于激光的应用，下列说法正确的是( AB )
A．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量就集中在很小一点上，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，光源的能量就集中在很小一点上，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、能量高，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，但都会不同程度地受大气影响，故C、D错误．
类题训练
5．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，通过一套像手电筒一样的装置，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( C )
A．单色性好 B．平行度好
C．高能量 D．相干性好
解析：激光火箭利用激光的高能量特点，使推进剂急剧膨胀，喷出类似于现代火箭的燃料燃烧后产生的燃气流，故C正确．
6．(2023·陕西宝鸡期末)在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜，是利用了激光的( C )
A．单色性好 B．方向性好
C．亮度高 D．相干性好
解析：在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜，是利用了激光的亮度高、能量强的特点，故C正确．
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课时评价作业
A级 基础巩固
1．关于自然光和偏振光，下列说法正确的是( B )
A．自然光包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同
B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光
C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D．晚上月亮光是自然光
解析：光源发出的光，沿着各个方向振动的光的强度都相同的光称为自然光，沿某个特定方向振动的光称为偏振光，A错误，B正确；偏振光不能通过偏振片还原为自然光，C错误；月亮光是偏振光，D错误．
2．关于光的干涉、光的衍射、光的偏振实验，下列描述错误的是( A )
A．甲图为单缝衍射图样，乙图为双缝干涉图样
B．改用波长较长的入射光实验，甲图中条纹间距变大
C．色彩斑斓的肥皂泡，五颜六色的油膜的形成原理与丙图相同
D．用照相机拍摄水下景物时，使用偏振镜可以减少水面反射光的干扰应用了丁图的原理
解析：双缝干涉图样的相邻亮条纹或暗条纹的间距不变，故题图甲为双缝干涉图样，故A错误，符合题意；根据条纹间距公式Δx＝ eq \f(L,d) λ，当改用波长较长的入射光实验，题图甲中条纹间距变大，故B正确，不符合题意；题图丙是光的干涉现象，而五颜六色的油膜的形成是干涉现象，故C正确，不符合题意；题图丁是光的偏振原理，用照相机拍摄水下景物时，使用偏振镜可以减少水面反射光的干扰应用了题图丁的原理，故D正确，不符合题意．故选A．
3．(多选)纳米技术是跨世纪的新技术，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，把诸如癌症等彻底根除．在上述技术中，人们主要利用了激光的( BC )
A．单色性 B．单向性
C．亮度高 D．粒子性
解析：激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线，激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀．另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”，所以A、D错误，B、C正确．
4．(多选)用游标卡尺观察光的衍射现象时，下列说法正确的是( BC )
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，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．
5．某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽度为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如下图所示，则他在光屏上看到的条纹是( B )
解析：单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，B正确．
B级 等级提升
6．(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下( BD )
A．只有波长较短的一部分光才能到达地面
B．只有波长较长的一部分光才能到达地面
C．只有频率较高的一部分光才能到达地面
D．只有频率较低的一部分光才能到达地面
解析：根据光发生明显衍射现象的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光能到达地面，据λ＝ eq \f(c,f) 知，到达地面的是频率较低的一部分光，故B、D正确．
7.(多选)如右图所示，P是竖直方向的偏振片(用实线表示透振方向)，下列四种光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光( ABD )
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
解析：只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片，故A、B、D正确．
8．(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如下图所示．激光束通过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同，则( BD )
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：由题图图样可知，这是利用了光的衍射现象，当丝变细时(相当于狭缝变窄)条纹间距变宽，B、D正确．
9．下图所示的是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的振动方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化．设起偏振器和检偏振器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是( B )
A．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
B．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
C．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
D．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
解析：根据题意知，温度变化越大，光通过光纤时振动方向变化越大，起偏振器和检偏振器的透振方向是相同的，光从光纤中通过时振动方向变化越大，透过检偏振器的光强度就会越小，所以光接收器接收的光强度也就会越小，因此B正确．
C级 拓展创新
10．用a、b两种不同的单色光在相同条件下分别经同一单缝衍射装置得到的衍射图样如图甲、乙所示．现使a光从水中斜射向水面上的O点，其入射角为i、折射角为r，如图丙所示．对于这两种单色光，下列说法正确的是( C )
A．在真空中a光的波长较短
B．水对a光的折射率n＝ eq \f(sin i,sin r)
C．在水中a光的传播速度较大
D．a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较小
解析：题图甲衍射明显，说明a光的波长比b光的波长长，即λa>λb，A错误；水对a光的折射率n＝ eq \f(sin r,sin i) ，B错误；a光的波长比b光的波长长，根据c＝λf可知，a光的频率小，折射率小，根据v＝ eq \f(c,n) 可知在水中a光的传播速度较大，C正确；根据全反射定律sin C＝ eq \f(1,n) 可知，a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较大，D错误．
11．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11 s，波长为694.3 mm，发射功率为1.0×1010 W，真空中光速c＝3×108 m/s.
(1)每个光脉冲的长度是多少？
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每1 cm2 吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积是50 mm2，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
答案：(1)3.0×10－3 m (2)300个
解析：(1)一个光脉冲长度
Δl＝c·Δt＝3.0×108×1.0×10－11 m＝3.0×10－3 m.
(2)一个光脉冲所携带的能量
ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10－11 J＝0.1 J.
设清除面积为50 mm2 的色斑需要光脉冲的个数为n，则
n＝ eq \f(E·S,ΔE) ＝ eq \f(60×50×10－2,0.1) ＝300.学 习 目 标
物 理 与 STSE
1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件．
2．知道光的偏振现象，知道光是横波．
3．能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象．
4．了解激光的特点和应用．
eq \a\vs4\al(泊松亮斑是,光的衍射
) eq \a\vs4\al(用偏振眼,镜可以观看,立体电影)
物理观念
光的衍射 光的偏振 激光
科学思维
能运用光的衍射、偏振和激光的知识来解释生活中的一些常见光学现象
科学探究
通过讨论和对实验的观察了解光的衍射、偏振现象以及激光的应用，加深对衍射、偏振和激光的理解
科学态度
与责任
培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和热爱科学的品质
光的衍射
1．狭缝衍射现象．
(1)当狭缝较宽时，光屏上是一条亮的光带，符合光的直线传播规律．
(2)当狭缝变窄时，光屏上会出现中央亮且宽、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按直线传播所能照亮的区域．
(3)定义：光绕过了狭缝边缘传播，而不是沿直线传播．
2．发生明显衍射现象的条件：障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至小于光的波长．
光的偏振
1．偏振片．
由特殊的材料制成，它有一个特殊的方向，叫作透振方向．当光的振动方向与透振方向平行时，光能完全通过偏振片．
2．偏振光．
(1)实验：太阳光通过两块偏振片，当两块偏振片的透光方向一致时，观察到的光最强；当两块偏振片的透振方向垂直时，几乎观察不到光．
(2)定义：具有特定方向的光．
(3)光的偏振现象说明光是一种横波．
3．偏振现象的应用．
偏振光眼镜、照相机镜头前的偏振滤光片、车灯眩光的消除等．
激光
1．特点：单色性好、相干性好、平行度好、亮度高．
2．应用．
(1)光导纤维：激光的亮度高，能在一定程度上保证携带信号的光在传输很长时间后仍具有足够的亮度．单色性好，只要选择好光入射到光纤的角度，则所有携带信号的光都满足全反射条件．
(2)测量距离和跟踪目标：雷达对准目标发出一个极短的激光脉冲，通过测量从发射脉冲到接收回波的时间，可算出目标的距离．
(3)医学上：可作“光刀”，还可以用水激光治疗牙疼．
(4)可预测天气预报．
(5)全息照相：能同时记录振幅和相位的照相．利用了激光的相干性、平行度好和亮度高的特点．
核心素养
小试身手
1．(多选)对光的衍射现象的定性分析，正确的是( ABC )
A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象
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
解析：根据光的衍射现象的定义可知A正确；衍射图样中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，B正确；因为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，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，D错误．
2．在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是( A )
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
解析：由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光，故A正确．
3．关于激光的应用问题，下列说法正确的是( C )
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的
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相干性，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．
光的衍射
知识归纳
1．狭缝衍射．
(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹．中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄．白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．
(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，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．如下图所示．
【典例1】 (多选)在狭缝衍射实验中，下列说法正确的是( ACD )
A．将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄
B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄
C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽
D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
解析：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，A、C正确；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，B错误；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宽，D正确．
(1)对于衍射条纹的特征用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”．其中“中白边彩”只适合于白光光源．
(2)各种衍射图样的形状不同，而图样的分布规律、影响因素都是类似的．
类题训练
1．(2024·甘肃天水月考)下列四幅图是某种单色光形成的干涉或衍射图样，其中与其他三幅表示不同类型的是( B )
解析：干涉图样的条纹间距相等，衍射图样的中央条纹最宽，所以B是光的干涉图样，A、C、D是光的衍射图样，故选B．
2．用图甲所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图乙所示．实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围．下列说法正确的是( D )
A．此实验说明了光不沿直线传播且具有粒子性
B．用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同
C．若只将圆孔变小，则中央亮斑和亮纹的亮度反而变大
D．若只将圆孔变小，则屏上得到的衍射图样的范围将会变大
解析：此实验说明了光的衍射现象，且光具有波动性，A错误；用不同波长的光做实验，衍射图样并不相同，因为波长越长，对同一圆孔而言，衍射现象越明显，B错误；圆孔变小，透光强度变小，中央亮斑和亮纹的亮度变弱，C错误；圆孔变小，衍射现象更明显，衍射图样的范围反而变大，D正确．故选D．
对光的偏振的理解
知识归纳
1．对偏振方向与透振方向的理解．
透振方向：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，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“透振方向”．
(1)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片．
(2)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，则仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间．
2．光的偏振的应用．
(1)偏振眼镜：登山运动员在攀登雪峰时，偏振眼镜可避免雪地反射光的伤害；夜间行车可减弱对面行驶过来的车辆的灯光进入眼睛的光强．
(2)偏振滤光片：在拍摄太阳斜照的水下景物或玻璃门窗里的图景时，会起到有效地减弱水面、玻璃面反射光的作用，获得清晰的照片．
【典例2】 (多选)如右图所示，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( 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．从电灯直接发出的光为自然光，故A错误；电灯发出的自然光通过偏振片A后，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，该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故D正确．
(1)当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，通过偏振片的光的强度不同．
(2)当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角为90°时，将无光通过偏振片．
类题训练
3．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( B )
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．
4．(多选)鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物(糖)的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α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如下图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是( ACD )
A．到达O处的光的强度会明显减弱
B．到达O处的光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片B转过的角度等于α
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片A转过的角度等于α
解析：自然光通过偏振片后得到振动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，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度α，到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；若将A或B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于α，故C、D正确．
激光
知识归纳
1．激光的产生：激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同．两列相同激光相遇可以发生干涉．激光是人工产生的相干光．
2．激光的特点．
(1)单色性好：激光发射的光谱宽度很窄，是单色产生很好的光源．
(2)相干性好：激光的频率单一，相干性非常好，颜色特别纯．用激光做衍射、干涉实验，效果很好．
(3)激光的平行度好：从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光．传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围．
(4)亮度高：激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．
【典例3】 (多选)激光技术是在1958年发明的．激光被誉为神奇的光．关于激光的应用，下列说法正确的是( AB )
A．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量就集中在很小一点上，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，光源的能量就集中在很小一点上，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、能量高，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，但都会不同程度地受大气影响，故C、D错误．
类题训练
5．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，通过一套像手电筒一样的装置，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( C )
A．单色性好 B．平行度好
C．高能量 D．相干性好
解析：激光火箭利用激光的高能量特点，使推进剂急剧膨胀，喷出类似于现代火箭的燃料燃烧后产生的燃气流，故C正确．
6．(2023·陕西宝鸡期末)在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜，是利用了激光的( C )
A．单色性好 B．方向性好
C．亮度高 D．相干性好
解析：在医学上利用激光来焊接剥落的视网膜，是利用了激光的亮度高、能量强的特点，故C正确．
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课时评价作业
A级 基础巩固
1．关于自然光和偏振光，下列说法正确的是( B )
A．自然光包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同
B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光
C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D．晚上月亮光是自然光
解析：光源发出的光，沿着各个方向振动的光的强度都相同的光称为自然光，沿某个特定方向振动的光称为偏振光，A错误，B正确；偏振光不能通过偏振片还原为自然光，C错误；月亮光是偏振光，D错误．
2．关于光的干涉、光的衍射、光的偏振实验，下列描述错误的是( A )
A．甲图为单缝衍射图样，乙图为双缝干涉图样
B．改用波长较长的入射光实验，甲图中条纹间距变大
C．色彩斑斓的肥皂泡，五颜六色的油膜的形成原理与丙图相同
D．用照相机拍摄水下景物时，使用偏振镜可以减少水面反射光的干扰应用了丁图的原理
解析：双缝干涉图样的相邻亮条纹或暗条纹的间距不变，故题图甲为双缝干涉图样，故A错误，符合题意；根据条纹间距公式Δx＝ eq \f(L,d) λ，当改用波长较长的入射光实验，题图甲中条纹间距变大，故B正确，不符合题意；题图丙是光的干涉现象，而五颜六色的油膜的形成是干涉现象，故C正确，不符合题意；题图丁是光的偏振原理，用照相机拍摄水下景物时，使用偏振镜可以减少水面反射光的干扰应用了题图丁的原理，故D正确，不符合题意．故选A．
3．(多选)纳米技术是跨世纪的新技术，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，把诸如癌症等彻底根除．在上述技术中，人们主要利用了激光的( BC )
A．单色性 B．单向性
C．亮度高 D．粒子性
解析：激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线，激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀．另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”，所以A、D错误，B、C正确．
4．(多选)用游标卡尺观察光的衍射现象时，下列说法正确的是( BC )
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，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．
5．某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽度为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如下图所示，则他在光屏上看到的条纹是( B )
解析：单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，B正确．
B级 等级提升
6．(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下( BD )
A．只有波长较短的一部分光才能到达地面
B．只有波长较长的一部分光才能到达地面
C．只有频率较高的一部分光才能到达地面
D．只有频率较低的一部分光才能到达地面
解析：根据光发生明显衍射现象的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光能到达地面，据λ＝ eq \f(c,f) 知，到达地面的是频率较低的一部分光，故B、D正确．
7.(多选)如右图所示，P是竖直方向的偏振片(用实线表示透振方向)，下列四种光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光( ABD )
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
解析：只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片，故A、B、D正确．
8．(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如下图所示．激光束通过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同，则( BD )
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：由题图图样可知，这是利用了光的衍射现象，当丝变细时(相当于狭缝变窄)条纹间距变宽，B、D正确．
9．下图所示的是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的振动方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化．设起偏振器和检偏振器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是( B )
A．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
B．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
C．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
D．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
解析：根据题意知，温度变化越大，光通过光纤时振动方向变化越大，起偏振器和检偏振器的透振方向是相同的，光从光纤中通过时振动方向变化越大，透过检偏振器的光强度就会越小，所以光接收器接收的光强度也就会越小，因此B正确．
C级 拓展创新
10．用a、b两种不同的单色光在相同条件下分别经同一单缝衍射装置得到的衍射图样如图甲、乙所示．现使a光从水中斜射向水面上的O点，其入射角为i、折射角为r，如图丙所示．对于这两种单色光，下列说法正确的是( C )
A．在真空中a光的波长较短
B．水对a光的折射率n＝ eq \f(sin i,sin r)
C．在水中a光的传播速度较大
D．a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较小
解析：题图甲衍射明显，说明a光的波长比b光的波长长，即λa>λb，A错误；水对a光的折射率n＝ eq \f(sin r,sin i) ，B错误；a光的波长比b光的波长长，根据c＝λf可知，a光的频率小，折射率小，根据v＝ eq \f(c,n) 可知在水中a光的传播速度较大，C正确；根据全反射定律sin C＝ eq \f(1,n) 可知，a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较大，D错误．
11．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11 s，波长为694.3 mm，发射功率为1.0×1010 W，真空中光速c＝3×108 m/s.
(1)每个光脉冲的长度是多少？
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每1 cm2 吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积是50 mm2，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
答案：(1)3.0×10－3 m (2)300个
解析：(1)一个光脉冲长度
Δl＝c·Δt＝3.0×108×1.0×10－11 m＝3.0×10－3 m.
(2)一个光脉冲所携带的能量
ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10－11 J＝0.1 J.
设清除面积为50 mm2 的色斑需要光脉冲的个数为n，则
n＝ eq \f(E·S,ΔE) ＝ eq \f(60×50×10－2,0.1) ＝300.学 习 目 标
物 理 与 STSE
1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件．
2．知道光的偏振现象，知道光是横波．
3．能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象．
4．了解激光的特点和应用．
eq \a\vs4\al(泊松亮斑是,光的衍射
) eq \a\vs4\al(用偏振眼,镜可以观看,立体电影)
物理观念
光的衍射 光的偏振 激光
科学思维
能运用光的衍射、偏振和激光的知识来解释生活中的一些常见光学现象
科学探究
通过讨论和对实验的观察了解光的衍射、偏振现象以及激光的应用，加深对衍射、偏振和激光的理解
科学态度
与责任
培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和热爱科学的品质
相关学案
2021学年第六节 光的衍射和偏振学案： 这是一份2021学年第六节 光的衍射和偏振学案，共10页。
高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第五节 用双缝干涉实验测定光的波长学案设计： 这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第五节 用双缝干涉实验测定光的波长学案设计，共7页。
粤教版 (2019)选择性必修 第一册第四节 光的干涉学案设计： 这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第一册第四节 光的干涉学案设计，共9页。
