高考物理選修知識(shí)點(diǎn)知識(shí)講解光的衍射、偏振、色散、激光基礎(chǔ)

光的衍射、偏振、色散、激光 編稿：張金虎 審稿：張金虎 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．了解光的衍射現(xiàn)象及觀察方法． 2．理解光產(chǎn)生衍射的條件． 3．知道幾種不同衍射現(xiàn)象的圖樣． 5．知道振動(dòng)中的偏振現(xiàn)象，偏振是橫波特有的性質(zhì)． 6．明顯偏振光和自然光的區(qū)別． 7．知道光的偏振現(xiàn)象及偏振光的應(yīng)用． 8．知道光的色散、光的顏色及光譜的概念． 9．理解薄膜干涉的原理并能解釋一些現(xiàn)象． 10．知道激光和自然光的區(qū)別． 11．了解激光的特點(diǎn)和應(yīng)用． 【要點(diǎn)梳理】 要點(diǎn)一、光的衍射 1．光的衍射現(xiàn)象 當(dāng)單色光通過很窄的縫或很小的孔時(shí)，光離開了直線路徑，繞到障礙物的陰影里去，光所達(dá)到的范圍會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它沿直線傳播所應(yīng)照明的區(qū)域，形成明暗相間的條紋或光環(huán)． 2．產(chǎn)生明顯衍射的條件 障礙物的尺寸可以跟光的波長相近或比光的波長還要小時(shí)能產(chǎn)生明顯的衍射．對(duì)同樣的障礙物，波長越長的光，衍射現(xiàn)象越明顯；對(duì)某種波長的光，障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯．由于波長越長，衍射性越好，所以要觀察到聲波的衍射現(xiàn)象就比觀察到光波的衍射現(xiàn)象容易得多． 3．三種衍射現(xiàn)象和圖樣特征 (1)單縫衍射． ①單縫衍射現(xiàn)象． 如圖所示，點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過單縫后照射到光屏上，若縫較寬，則光沿著直線傳播，傳播到光屏上的區(qū)域；若縫足夠窄，則光的傳播不再沿直線傳播，而是傳到幾何陰影區(qū)，在區(qū)還出現(xiàn)亮暗相間的條紋，即發(fā)生衍射現(xiàn)象． 要點(diǎn)詮釋：衍射是波特有的一種現(xiàn)象，只是有的明顯，有的不明顯而已． ②圖樣特征． 單縫衍射條紋分布是不均勻的，中央亮條紋與鄰邊的亮條紋相比有明顯的不同：用單色光照射單縫時(shí)，光屏上出現(xiàn)亮、暗相間的衍射條紋，中央條紋寬度大，亮度也大，如圖所示，與干涉條紋有區(qū)別．用白光照射單縫時(shí)，中間是白色亮條紋，兩邊是彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光． (2)圓孔衍射． ①圓孔衍射的現(xiàn)象． 如圖甲所示，當(dāng)擋板上的圓孔較大時(shí)，光屏上出現(xiàn)圖乙中所示的情形，無衍射現(xiàn)象發(fā)生；當(dāng)擋板上的圓孔很小時(shí)，光屏上出現(xiàn)圖丙中所示的衍射圖樣，出現(xiàn)亮、暗相間的圓環(huán)． ②圖樣特征． 衍射圖樣中，中央亮圓的亮度大，外面是亮、暗相間的圓環(huán)，但外圍亮環(huán)的亮度小，用不同的光照射時(shí)所得圖樣也有所不同，如果用單色光照射時(shí)，中央為亮圓，外面是亮度越來越暗的亮環(huán)．如果用白光照射時(shí)，中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環(huán)． (3)圓板衍射． 在1818年，法國物理學(xué)家菲涅耳提出波動(dòng)理論時(shí)，著名的數(shù)學(xué)家泊松根據(jù)菲涅耳的波動(dòng)理論推算出圓板后面的中央應(yīng)出現(xiàn)一個(gè)亮斑，這看起來是一個(gè)荒謬的結(jié)論，于是在同年，泊松在巴黎科學(xué)院宣稱他推翻了菲涅耳的波動(dòng)理論，并把這一結(jié)果當(dāng)作菲涅耳的謬誤提了出來但有人做了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在圓板陰影的中央確實(shí)出現(xiàn)了一個(gè)亮斑，這充分證明了菲涅耳理論的正確性，后人把這個(gè)亮斑就叫泊松亮斑． 小圓板衍射圖樣的中央有個(gè)亮斑——泊松亮斑，圖樣中的亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨著半徑的增大而減?。? 4．衍射光柵 (1)構(gòu)成：由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學(xué)儀器． (2)特點(diǎn)：它產(chǎn)生的條紋分辨程度高，便于測(cè)量． (3)種類：． 5．衍射現(xiàn)象與干涉現(xiàn)象的比較 種類 項(xiàng)目 單縫衍射 雙縫干涉 不同點(diǎn) 產(chǎn)生條件 只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生 頻率相同的兩列光波相遇疊加 條紋寬度 條紋寬度不等，中央最寬 條紋寬度相等 條紋間距 各相鄰條紋間不等 各相鄰條紋等間距 亮度 中央條紋最亮，兩邊變暗 清晰條紋，亮度基本相等 相同點(diǎn) 干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋 6．三種衍射圖樣的比較 如圖所示是光經(jīng)狹縫、小孔、小圓屏產(chǎn)生的衍射圖樣的照片．由圖可見： (1)光經(jīng)不同形狀的障礙物產(chǎn)生的衍射圖樣的形狀是不同的． (2)衍射條紋的間距不等． (3)仔細(xì)比較乙圖和丙圖可以發(fā)現(xiàn)小孔衍射圖樣和小圓屏衍射圖樣的區(qū)別：①小圓屏衍射圖樣的中央有個(gè)亮斑——著名的“泊松亮斑”；②小圓屏衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨著半徑的增大而減小，而圓孔衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而增大；③乙圖背景是黑暗的，丙圖背景是明亮的． 要點(diǎn)二、光的偏振 1．光是橫波 光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，但不能由此確定光究竟是橫波還是縱波． 要點(diǎn)詮釋：電磁波是橫波，電磁波中的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度都與波的傳播方向垂直．既然光是電磁波，也應(yīng)該是橫波，光的作用主要是由其電場(chǎng)強(qiáng)度引起的． 2．偏振現(xiàn)象 (1)狹縫對(duì)橫波、縱波的影響： 如果在波的傳播方向上放一帶狹縫的木板，不管狹縫方向如何，縱波都能自由通過狹縫；對(duì)橫波，只有狹縫的方向與橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向相同時(shí)，橫波才能毫無阻礙地通過狹縫；當(dāng)狹縫的方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直時(shí)，橫波就不能通過狹縫，這種現(xiàn)象叫做橫波的偏振．如圖所示． (2)橫波獨(dú)有的特征： 偏振現(xiàn)象是橫波所特有的，故利用偏振現(xiàn)象可判斷一列波是橫波或是縱波． (3)光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波． 3．自然光和偏振光 (1)自然光： 從普通光源直接發(fā)出的自然光是無數(shù)偏振光的無規(guī)則集合，所以直接觀察時(shí)不能發(fā)現(xiàn)光強(qiáng)偏向哪一個(gè)方向．這種沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波強(qiáng)度都相同的光叫自然光． 自然光介紹：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。如圖所示。 要點(diǎn)詮釋：偏振片是由特殊材料制成的，其“狹縫”用肉眼不能看見，它只允許振動(dòng)方向與“狹縫”平行的光波通過．通過偏振片后，自然光就變成了偏振光．如圖所示，普通光源發(fā)出的光經(jīng)過偏振片時(shí)，后面的光屏是明亮的，說明光透過了偏振片，若轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，光屏上亮度不變，說明透過光的強(qiáng)度不變，由此可知，自然光沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同． (2)偏振光： 只沿著一個(gè)特定的方向振動(dòng)的光叫偏振光．如經(jīng)過偏振片后的自然光．若偏振光再經(jīng)過一個(gè)偏振片后，情況會(huì)怎樣呢？如圖1所示，當(dāng)兩偏振片的“狹縫”平行時(shí)，光屏上仍有亮光．當(dāng)兩偏振片的“狹縫”相互垂直時(shí)，透射光的強(qiáng)度幾乎為零，光屏上是暗的．如圖2所示． 結(jié)論：光是一種橫波． 上面第l塊偏振片叫起偏器； 第2塊偏振片叫檢偏器． 4．偏振光的兩種產(chǎn)生方式 (1)讓自然光通過偏振片；(2)自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，使反射光和折射光之間的夾角恰好是，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直． 要點(diǎn)詮釋：平時(shí)我們所看到的光，除直接從光源射來的以外都是偏振光． 要點(diǎn)三、光的顏色、色散 1．色散與光譜 含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象叫色散． 含有多種頻率的光被分解后，各種色光按其波長的有序排列就是光譜． 2．雙縫干涉中的色散 用不同的單色光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，得到的條紋之間的距離不一樣，但都是明暗相間的單色條紋，由知，不同顏色的光，波長不同．紅光最大，波長最長，紫光最小，波長最短． 白光干涉時(shí)的條紋是彩色的，可見白光是由多種色光組成的，發(fā)生干涉時(shí)，白光發(fā)生了色散現(xiàn)象． 3．薄膜干涉中的色散 用單色光照射薄膜時(shí)，兩個(gè)表面反射的光是相干的，形成明暗相間的條紋． 用不同的單色光照射，看到亮紋的位置不同． 用白光照射時(shí)，不同顏色的光在不同位置形成不同的條紋，看起來就是彩色的． 4．折射時(shí)的色散 如圖所示，一束白光通過三棱鏡后會(huì)擴(kuò)展成由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫各色組成的光譜．注意： (1)我們把射出棱鏡的光線與入射光線方向的夾角叫光通過棱鏡的偏向角．實(shí)驗(yàn)表明，白光色散時(shí)，紅光的偏向角最小，紫光的偏向角最大．這說明玻璃對(duì)不同色光的折射率不同．紫光的折射率最大，紅光的折射率最小，依次為． 由于介質(zhì)中的光速，故折射率大的光速小，各種色光在介質(zhì)中的光速依次為：，即紅光的速度最大，紫光速度最小． 如圖所示，白光經(jīng)三棱鏡后，在光屏上呈現(xiàn)七色光帶(光譜)；若從棱鏡的頂角向底邊看，由紅到紫依次排列，紫光最靠近底邊．光的色散實(shí)質(zhì)上是光的折射現(xiàn)象． (2)色散現(xiàn)象的產(chǎn)生表明，白光是由各種單色光組成的復(fù)色光．由于各種單色光通過棱鏡時(shí)因折射率不同使光線偏折的角度不同，所以產(chǎn)生了色散現(xiàn)象．單色光通過棱鏡不能再分，所以不能發(fā)生色散現(xiàn)象． 5．薄膜干涉 豎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，來自前后兩個(gè)面的反射光所走的路程差不同，在一些地方，這兩列波疊加后互相加強(qiáng)，于是出現(xiàn)了亮紋；在另一些地方，疊加后互相削弱，于是出現(xiàn)了暗紋． 要點(diǎn)詮釋：用單色光照射薄膜，看到的是明暗相間的條紋．用白光照射時(shí)，某一厚度的地方，是這一種色光被加強(qiáng)，另一厚度的地方則是另一種色光被加強(qiáng)，因此看到的是彩色條紋．水面上的油膜，馬路上的油膜和肥皂泡上的彩色條紋都是薄膜干涉形成的． 6．分光鏡 用來觀察光譜，分析光譜的儀器叫分光鏡，分光鏡構(gòu)造原理如圖所示． 為平行光管，由兩部分組成，一端有狹縫，另一端有凸透鏡，狹縫到凸透鏡的距離等于一倍焦距，狹縫入射的光經(jīng)凸透鏡后變成平行光線，射到三棱鏡上． 三棱鏡通過色散將不同顏色的光分開． 通過望遠(yuǎn)鏡筒可以觀察光譜，在上放上底片還可以拍攝光譜． 管在目鏡中形成一個(gè)標(biāo)尺，以便對(duì)光譜進(jìn)行定量研究． 7．薄膜干涉現(xiàn)象的觀察方法 用酒精燈火焰和肥皂薄膜觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象時(shí)，觀察者眼睛、酒精燈、薄膜位置應(yīng)如圖所示，注意：觀察的是火焰經(jīng)薄膜反射的像，像上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的水平條紋．本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是膜一定要薄，但又要有足夠的韌性，不致很快破掉，以便有足夠長的時(shí)間可以觀察(可在清水中加一些洗潔精)． 8．各種色散現(xiàn)象的規(guī)律 (1)光的顏色取決于頻率，從紅光到紫光，頻率逐漸增大，波長逐漸減小，色光由真空進(jìn)入介質(zhì)，頻率不變，波長減小． (2)色光從真空進(jìn)入介質(zhì)速度都要減小，在同一種介質(zhì)中，從紅光到紫光，速度逐漸減?。? (3)在同一種介質(zhì)中，從紅光到紫光，折射率逐漸增大． 9．用干涉法檢查平面 如圖（）所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，入射光從空氣膜的上下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋．如果被檢測(cè)平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的．如果某處凹下，則對(duì)應(yīng)明紋(或暗紋)提前出現(xiàn)，如圖()所示；如果某處凸起來，則對(duì)應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖()所示．(注：“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上，而是指由左向右的順序位置上) 10．增透膜的應(yīng)用 在光學(xué)儀器中，為了減少光在光學(xué)元件(透鏡、棱鏡)表面的反射損失，可用薄膜干涉相消來減少反射光．像照相機(jī)、測(cè)距儀、潛望鏡上用的光學(xué)元件表面為了減少光的反射損失都鍍上了介質(zhì)薄膜(氟化鎂)，使薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的，這樣反射回來的兩列光波經(jīng)過路程差恰好等于半個(gè)波長，它們干涉后就相互抵消． 要點(diǎn)詮釋：這種薄膜減少光學(xué)表面反射造成的光能損失，增強(qiáng)了透鏡透光的能量，故稱之為增透膜． 而入射光一般是白光，增透膜不可能使所有的單色光干涉相消．由于人眼對(duì)綠光最敏感，一般增透膜的厚度做到使綠光垂直入射時(shí)完全抵消，這時(shí)紅光和紫光沒有顯著削弱，所以有增透膜的光學(xué)鏡頭顯淡紫色． 要點(diǎn)四、激光 1．激光和激光的產(chǎn)生 (1)激光． 激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光．發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同，兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉．激光是相干光，激光是人工產(chǎn)生的光． (2)激光的產(chǎn)生． 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中用激光器產(chǎn)生激光． 要點(diǎn)詮釋：激光是一種特殊的光，自然界中的發(fā)光體不能發(fā)出激光1958年，人類在實(shí)驗(yàn)室里首次獲得了激光． 2．激光具有的特點(diǎn) (1)相干性好．所謂相干性好，是指容易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象．普通光源發(fā)出的光(即使是所謂的單色光)頻率是不一樣的，而激光器發(fā)出的激光的頻率幾乎是單一的，并且滿足其他的相干條件．所以，現(xiàn)在我們做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，無需在雙縫前放一個(gè)單縫，而是用激光直接照射雙縫，就能得到既明亮又清晰的干涉條紋．利用相干光易于調(diào)制的特點(diǎn)，傳輸信息，所能傳遞的信息密度極高，一條細(xì)細(xì)的激光束通過光纜可以同時(shí)傳送一百億路電話和一千萬套電視，全國人民同時(shí)通話還用不完它的通訊容量，而光纖通信就必須借助激光技術(shù)才能發(fā)展． (2)平行度非常好．與普通光相比，傳播相同距離的激光束的擴(kuò)散程度小，光線仍能保持很大的強(qiáng)度，保持它的高能量，利用這一點(diǎn)可以精確測(cè)距．現(xiàn)在利用激光測(cè)量地月距離精確度已達(dá)到． (3)激光的亮度非常高．它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量．如果把強(qiáng)大的激光束會(huì)聚起來，可使物體被照部分在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬度的高溫不能直接照射眼睛，否則會(huì)傷害眼睛． (4)激光單色性很好．激光的頻率范圍極窄，顏色幾乎是完全一致的． 3．激光的應(yīng)用舉例與對(duì)應(yīng)的特性 (1)激光雷達(dá)．對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)出一個(gè)極短的激光脈沖，測(cè)量發(fā)射脈沖和收到反射回波的時(shí)間間隔，結(jié)合發(fā)射的方向，就可探知目標(biāo)的方位和距離，結(jié)合多普勒效應(yīng)，還可以求出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度．(利用激光的平行度好) (2)讀盤．激光的平行度很好，可以會(huì)聚到很小的一點(diǎn)，讓會(huì)聚點(diǎn)照射碟機(jī)、唱機(jī)、計(jì)算機(jī)的光盤上，就可讀出光盤上記錄的信息．(利用激光的平行度好) (3)醫(yī)用激光刀．可以用于醫(yī)療的某些手術(shù)上，具有手術(shù)時(shí)間短、損傷小、不會(huì)引起細(xì)菌感染、止血快等優(yōu)點(diǎn)．(利用激光的亮度高) (4)切割金屬等難熔物質(zhì)．用激光可以產(chǎn)生幾千萬度的高溫，使最難熔的物質(zhì)也可在瞬間汽化．(利用激光的亮度高) (5)激光育種．用激光照射植物的種子，會(huì)使植物產(chǎn)生有益的變異，用于培育新晶種．(利用激光的亮度高) (6)引起核聚變．使聚變能在控制前提下進(jìn)行．(利用激光亮度高) (7)激光可以作為武器使用，用以擊毀偵察衛(wèi)星，飛行的導(dǎo)彈、飛機(jī)、裝甲車等．(利用激光的亮度高) (8)作為干涉、衍射的光源．干涉、衍射現(xiàn)象明顯．(利用其單色性好) 【典型例題】 類型一、衍射現(xiàn)象 例1．（2015 江蘇省宜興市校級(jí)期末）在一次觀察光衍射的實(shí)驗(yàn)中,觀察到如圖所示的清晰的明暗相間的圖樣，那么障礙物應(yīng)是(黑線為暗紋) ：（ ） A．很小的不透明的圓板 B．很大的中間有大圓孔的不透明的圓板 C．很大的不透明的圓板 D．很大的中間有小圓孔的不透明的圓板 【答案】D 【解析】用光照射很小的不透明圓板時(shí)后面會(huì)出現(xiàn)一亮點(diǎn)，A錯(cuò)誤；用光照射很大的中間有大圓孔的不透明圓板時(shí)后面是一亮洞，B錯(cuò)誤；用光照射很大的不透明的圓板時(shí)后面是一片陰影，C錯(cuò)誤；用光照射很大的中間有小圓孔的不透明的圓板時(shí)后面是明暗相間的衍射圖樣，D正確。故選D。 舉一反三: 【高清課堂：光的衍射、偏振、色散、激光 例1】 【變式】在觀察光的衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，通過緊靠眼睛的卡尺測(cè)量爪形成的狹縫，觀看遠(yuǎn)處的日光燈管或線狀白熾燈絲（燈管或燈絲都要平行于狹縫），可以看到（ ） A．黑白相間的直條紋 B．黑白相間的弧形條紋 C．彩色的直條紋 D．彩色的弧形條紋 【答案】C 例2．關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說法正確的是( )． A．紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋 B．白光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋 C．光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射 D．光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播，不存在光的衍射現(xiàn)象 【答案】A、C 【解析】該題考查衍射圖樣和對(duì)衍射現(xiàn)象的理解．單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋．光照到不透明圓盤上，在其陰影處出現(xiàn)光點(diǎn)，是衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分。D項(xiàng)中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象． 【總結(jié)升華】本題考查了光發(fā)生明顯衍射的條件．同時(shí)強(qiáng)調(diào)了衍射是光的一種本性，它的存在不取決于我們是否能看見． 【變式】在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說法中正確的是( )． A．將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋間距變窄 B．使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄 C．換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬 D．增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬 【答案】A、C、D 【解析】該題考查決定衍射條紋寬度的物理量．當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，即偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)，條紋間距也越大；當(dāng)光的波長一定時(shí)，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大；光的波長一定、單縫寬度也一定時(shí)，若增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會(huì)變寬，故A、C、D三項(xiàng)正確． 【總結(jié)升華】衍射條紋的間距與λ、d、l有關(guān)．λ、l增大，則間距增大；縫寬d變小，則間距增大． 例3．讓燭光照射到一塊遮光板上，板上有一個(gè)可自由收縮的三角形孔，當(dāng)此三角形孔緩慢地由大收縮變小直到閉合時(shí)，試分析在孔后的屏上將先后出現(xiàn)的現(xiàn)象(遮住側(cè)面光)． 【思路點(diǎn)撥】隨著三角形孔的縮小，光分別呈現(xiàn)出在不同條件下的傳播特點(diǎn)。 【答案】見解析 【解析】當(dāng)三角形孔較大時(shí)，屏上出現(xiàn)一個(gè)三角形光斑，隨著三角形緩慢地收縮，光斑逐漸變??；當(dāng)三角形孔小到一定程度時(shí)，屏上會(huì)出現(xiàn)倒立的燭焰的像，繼續(xù)使三角形孔緩慢收縮，可以觀察到小孔衍射圖樣；當(dāng)孔閉合時(shí)，屏上就會(huì)一片黑暗． 【總結(jié)升華】隨著三角形孔的縮小，光分別呈現(xiàn)出在不同條件下的傳播特點(diǎn)：直線傳播和發(fā)生衍射，如果有可能的話，最好自己動(dòng)手做一下，在不透明的紙板上分別用刀刻出大小不同的三角形，觀察一下屏上呈現(xiàn)不同圖樣的現(xiàn)象時(shí)所用三角形孔的尺寸是多大． 舉一反三: 【高清課堂：光的衍射、偏振、色散、激光 例2】 【變式】A、B兩幅圖是由單色光分別射到圓孔而形成的圖象，其中圖A是光的________（填干涉或衍射）圖象。由此可以判斷出圖A所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑________（填大于或小于）圖B所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑。 【答案】衍射 小于 【解析】據(jù)題意知A圖為小孔衍射圖，而B圖表明未發(fā)生衍射，故A對(duì)應(yīng)孔小于B對(duì)應(yīng)孔直徑．[點(diǎn)撥]由題意知是一個(gè)圓孔，而且條紋是不等間距的，所以A是衍射而不是干涉。 例4．如圖所示，四個(gè)圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣．分析各圖樣的特點(diǎn)可以得出的正確結(jié)論是( )． A．是光的干涉圖樣 B．是光的干涉圖樣 C．形成圖樣的光的波長比形成圖樣光的波長短 D．形成圖樣的光的波長比形成圖樣光的波長短 【答案】A 【解析】干涉條紋是等距離的條紋，因此，圖是干涉圖樣，圖是衍射圖樣，故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由公式可知，條紋寬的入射光的波長長，所以圖樣的光的波長比圖樣的光的波長長，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，圖樣的光的波長比圖樣的光的波長長。故D項(xiàng)錯(cuò)誤． 【總結(jié)升華】①雙縫是干涉條紋，間距相等；②單縫是衍射條紋，間距不等，中央亮條紋最亮，兩側(cè)為間距不等的明暗相間的條紋． 舉一反三: 【高清課堂：光的衍射、偏振、色散、激光 例3】 【變式1】下圖所示的4種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣（灰黑色部分表示亮紋）。則在下面的四個(gè)圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是（ ） A．紅黃藍(lán)紫 B．紅紫藍(lán)黃 C．藍(lán)紫紅黃 D．藍(lán)黃紅紫 【答案】B　 【解析】題圖中第1、3為干涉圖樣，第2、4為衍射圖樣。1的波長較長，為紅光，3為藍(lán)光。2的波長短，為紫光，4為黃光。所以顏色順序依次是紅紫藍(lán)黃。 類型二、偏振光 例5．如圖所示，是偏振片，的透振方向(用帶箭頭的實(shí)線表示)為豎直方向．下列四種入射光束中，哪幾種照射時(shí)能在的另一側(cè)觀察到透射光？( ) A．太陽光 B．沿豎直方向振動(dòng)的光 C．沿水平方向振動(dòng)的光 D．沿與豎直方向成角振動(dòng)的光 【思路點(diǎn)撥】只要光的振動(dòng)方向不與偏振片的狹縫垂直，光都能通過偏振片． 【答案】A、B、D 【解析】根據(jù)光的現(xiàn)象，只要光的振動(dòng)方向不與偏振片的狹縫垂直，光都能通過偏振片．太陽光、沿豎直方向振動(dòng)的光、沿與豎直方向成角振動(dòng)的光均能通過偏振片．故A、B、D正確． 【總結(jié)升華】當(dāng)光的振動(dòng)方向不與偏振片透射方向垂直時(shí)，一定有光透射出去． 舉一反三: 【高清課堂：光的衍射、偏振、色散、激光 例5】 【變式1】如圖所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片和，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片或，可以看到透射光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象，這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明（ ） A．光是電磁波 B．光是一種橫波 C．光是一種縱波 D．光是概率波 【答案】B 【變式2】兩個(gè)偏振片緊靠在一起，將它們放在一盞燈的前面以至沒有光通過．如果將其中的一片旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中，將會(huì)產(chǎn)生下述的哪一種現(xiàn)象( )． A．透過偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng)，然后又減少到零 B．透過偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng)，然后減少到非零的最小值 C．透過偏振片的光強(qiáng)在整個(gè)過程中都增強(qiáng) D．透過偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng)，再減弱，然后又增強(qiáng) 【答案】A 【解析】該題考查起偏器和檢偏器的作用．起偏器和檢偏器的偏振方向垂直時(shí)，沒有光通過；偏振方向平行時(shí)，光強(qiáng)度達(dá)到最大．當(dāng)其中一個(gè)偏振片振動(dòng)的過程中，兩偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通過的光強(qiáng)先增強(qiáng)，后減小到零，所以答案為A． 【總結(jié)升華】充分認(rèn)識(shí)和理解自然光的起偏方式和起偏與檢偏的實(shí)驗(yàn)． 例6．一段時(shí)間以來，“假奶粉事件”鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，奶粉的碳水化合物(糖)含量是一個(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測(cè)量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量，偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這一角度稱為“旋光度”，的值只與糖溶液的濃度有關(guān)．將的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測(cè)樣品中的含糖量．如圖所示，是自然光源，是偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)，使到達(dá)處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品置于之間，則下列說法中正確的是( )． A．到達(dá)處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱 B．到達(dá)處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱 C．將偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得處光強(qiáng)度最大，偏振片轉(zhuǎn)過的角度等于 D．將偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得處光強(qiáng)度最大，偏振片轉(zhuǎn)過的角度等于 【答案】A、C、D 【解析】自然光通過偏振片后得到垂直于光的傳播方向與偏振片的透振方向平行的偏振光，該偏振光經(jīng)被測(cè)樣品后，其偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，即相對(duì)于光的傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，到達(dá)的光的偏振方向與的透振方向不完全一致，故處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱，故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；若將或轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得處光的強(qiáng)度仍為最大，說明它們轉(zhuǎn)過的角度等于，故C、D兩項(xiàng)都正確． 【總結(jié)升華】解決光的偏振問題，關(guān)鍵是判斷偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向的關(guān)系，若它們平行，則光強(qiáng)最強(qiáng)，若它們垂直，則光強(qiáng)最弱． 類型三、光的顏色、色散 例7．如圖所示，從點(diǎn)光源發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面，經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏的間形成一條彩色光帶．下面的說法中正確的是( )． A．側(cè)是紅色光，側(cè)是紫色光 B．在真空中側(cè)光的波長小于側(cè)光的波長 C．三棱鏡對(duì)側(cè)光的折射率大于對(duì)側(cè)光的折射率 D．在三棱鏡中側(cè)光的傳播速率大于側(cè)光的傳播速率 【思路點(diǎn)撥】根據(jù)光的色散解題，注意折射方向。 【答案】B、C 【解析】由圖可以看出，側(cè)光偏折得較厲害，三棱鏡對(duì)側(cè)光的折射率較大，所以側(cè)是紫色光，波長較小，側(cè)是紅色光，波長較大，因此A項(xiàng)錯(cuò)誤，B、C兩項(xiàng)正確；又v＝c／n，所以三棱鏡中側(cè)光的傳播速率小于側(cè)光的傳播速率，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 【總結(jié)升華】本題很容易錯(cuò)選A、D，原因是沒有光線入射的方向或者說沒有認(rèn)真分析光線與三棱鏡的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果將三棱鏡繞上底轉(zhuǎn)，就變?yōu)槲覀兪熘墓獾纳栴}了． 【變式】（2015 北京四中期末試題）下面有關(guān)光的說法正確的是（ ） A.雨后馬路上的油漬呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象 B.天空出現(xiàn)彩虹是白光的色散現(xiàn)象 C.光是一種電磁波，能發(fā)生干涉、衍射等現(xiàn)象，沒有動(dòng)量和能量 D.在折射率越大的介質(zhì)中，光的傳播速度越快 【答案】AB 【解析】選項(xiàng)A，雨后馬路上的油漬呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象，故選項(xiàng)A正確；選項(xiàng)B，天空出現(xiàn)彩虹是白光折射時(shí)的色散現(xiàn)象，故選項(xiàng)B正確；選項(xiàng)C，光是一種電磁波，是一種客觀存在的物質(zhì)，能發(fā)生干涉、衍射等現(xiàn)象，具有動(dòng)量和能量，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；選項(xiàng)D，由v=c/n可知，折射率越大，則速度越小，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；本題正確選項(xiàng)為AB。 例8．用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象．圖甲是點(diǎn)燃酒精燈(在燈芯上灑些鹽)，圖乙是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈．將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是( )． A．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn) B．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn) C．當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn) D．干涉條紋保持原來狀態(tài)不變 【答案】D 【解析】金屬絲圈在豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)，楔形形狀薄膜各處厚度形狀幾乎不變．因此，形成的干涉條紋保持原狀態(tài)不變，D正確，A、B、C錯(cuò)誤． 【總結(jié)升華】肥皂膜在重力作用下，形成劈形膜在同一水平線上、厚度相同，干涉出現(xiàn)直線條紋． 【變式2】如圖所示，把一個(gè)平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖．讓單色光從上方射入，這時(shí)可以看到亮暗相間的條紋．下面關(guān)于條紋的說法中正確的是( )． A．干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣劈尖膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果 B．干涉條紋中的暗紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果 C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動(dòng) D．觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的另一側(cè) 【答案】A、C 【解析】根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣膜前后表面反射的兩列光疊加而成的，當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)，形成亮條紋，所以A項(xiàng)對(duì)B項(xiàng)錯(cuò)；因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時(shí)，應(yīng)在入射光的同一側(cè)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)條紋的位置與空氣膜的厚度是對(duì)應(yīng)的．當(dāng)上玻璃板平行上移時(shí)，同一厚度的空氣膜向劈尖移動(dòng)，故條紋向著劈尖移動(dòng)，故C項(xiàng)正確． 【總結(jié)升華】薄膜干涉常用在科學(xué)技術(shù)上檢查表面平整情況． 例9．一束復(fù)色光由空氣射向一塊平行平面玻璃磚，經(jīng)折射分成兩束單色光．已知光的頻率小于光的頻率．圖中哪個(gè)光路圖可能是正確的?( ) 【思路點(diǎn)撥】頻率越高的光，在玻璃中的折射率越大，其偏折程度也越大，且每種光通過平行玻璃磚出射光一定跟入射光平行． 【答案】B 【解析】由于光的頻率小于光的頻率，光在玻璃中的折射率小于光在玻璃中的折射率，由兩種單色光進(jìn)行玻璃后偏折程度不同，且出射光均應(yīng)平行于入射光，可判定B正確． 【總結(jié)升華】求解本題的關(guān)鍵是知道頻率越高的光，在玻璃中的折射率越大，其偏折程度也越大，且每種光通過平行玻璃磚出射光一定跟入射光平行． 類型四、激光 例10．納米科技是跨世紀(jì)新科技，將激光束寬度聚焦到納米范圍，可修復(fù)人體已損壞的器官，對(duì)分子進(jìn)行超微型基因修復(fù)，把令人類無奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除． (1)這是利用了激光的( )． A．單色性 B．方向性 C．高能量 D．粒子性 (2)納米科技是人類認(rèn)識(shí)自然的一個(gè)新層次，等于( )． A． B． C． D． 【答案】(1)C (2)B 【解析】(1)激光由于能把巨大能量高度集中地輻射出來，所以在醫(yī)學(xué)上作“光刀”切開皮膚、切除腫瘤或做其他外科手術(shù)． (2)納米是長度單位，波長經(jīng)常用納米作單位，． 【總結(jié)升華】激光因?yàn)橄喔尚院?、平行性好、能量高而被廣泛應(yīng)用，由于激光亮度高的特點(diǎn)，可以用來切割各種物質(zhì)，焊接金屬以及在硬質(zhì)難熔材料上打孔．利用相干性進(jìn)行信息的傳遞，例如光導(dǎo)纖維利用平行性好，進(jìn)行精確的測(cè)量． 【變式1】1969年7月，美國“阿波羅號(hào)”宇宙飛船的登月艙在登上月球的科學(xué)考察活動(dòng)中，在月球上安放了一臺(tái)激光反射器，成功地解決了用激光測(cè)量月地間距離問題．據(jù)你所知用激光測(cè)量月地距離的原理是什么? 【答案】見解析 【解析】激光反射器由三塊相互垂直的平面鏡組成，能把射來的激光按原方向反射回去．由于激光的方向性好，因而可從地球上向月球上的激光反射器發(fā)射激光脈沖，只需測(cè)量發(fā)射脈沖和收到回波的時(shí)間間隔，則可根據(jù)算出月地間距離． 【總結(jié)升華】該題考查了激光具有平行性好的特點(diǎn)．對(duì)于激光的特點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的應(yīng)用要注意區(qū)分． 【變式2】利用衛(wèi)星可以將地面狀況看得一清二楚．試問：在戰(zhàn)爭爆發(fā)時(shí)，欲用激光器擊毀位于地平線上方的空間站，則應(yīng)將激光器( )． A．瞄高些 B．瞄低些 C．沿視線直接瞄準(zhǔn) D．若激光束是紅色，而空間站是藍(lán)色的，則應(yīng)瞄高些 【答案】C 【解析】空間站反射太陽的光射向地球，通過地球大氣層要發(fā)生折射，而激光器發(fā)出的光通過大氣層射向空間站也要發(fā)生折射，根據(jù)光路可逆，兩者的光路相同．因此，A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確．D項(xiàng)中空間站是藍(lán)色的，反射光也是藍(lán)色的，比紅色激光束的折射率大，由折射定律知應(yīng)瞄低些方能射中，故D項(xiàng)錯(cuò)誤． 【總結(jié)升華】解答此類信息材料題的核心是提取有用的信息，利用已掌握的相關(guān)知識(shí)解答．