高中物理必修之知識(shí)講解-光的衍射、偏振、色散、激光-提高

光的衍射、偏振、色散、激光【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1．三種衍射現(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(guò)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(wú)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(lái)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(guó)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(lái)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(lái)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?。?．衍射光柵(1)構(gòu)成：由許多等寬的狹縫等距離排列起來(lái)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：．3．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4．三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(jiàn)：(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．5．光的直線傳播是一種近似的規(guī)律光的直線傳播是一種近似的規(guī)律，具體從以下兩個(gè)方面去理解：(1)多數(shù)情況下，光照到較大的障礙物或小孔上時(shí)是按沿直線傳播的規(guī)律傳播的，在它們的后面留下陰影或光斑．如果障礙物、縫或小孔都小到與照射光的波長(zhǎng)差不多(或更小)，光就表現(xiàn)出明顯的衍射現(xiàn)象，在它們的后面形成泊松亮斑、明暗相間的條紋或圓環(huán)．(2)光是一種波，衍射是它基本的傳播方式，但在一般情況下，由于障礙物都比較大(比起光的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō))，衍射現(xiàn)象很不明顯．光的傳播可近似地看做是沿直線傳播．所以，光的直線傳播只是近似規(guī)律．要點(diǎn)二、光的偏振1．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(wú)數(shù)偏振光的無(wú)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(yáng)、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(jiàn)，它只允許振動(dòng)方向與“狹縫”平行的光波通過(guò)．通過(guò)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(guò)偏振片時(shí)，后面的光屏是明亮的，說(shuō)明光透過(guò)了偏振片，若轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，光屏上亮度不變，說(shuō)明透過(guò)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(guò)偏振片后的自然光．若偏振光再經(jīng)過(guò)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．2．偏振光的兩種產(chǎn)生方式(1)讓自然光通過(guò)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(lái)的以外都是偏振光．3．偏振光的應(yīng)用：(1)攝影技術(shù)中的應(yīng)用：光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用．如在拍攝日落時(shí)水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳列物的照片時(shí)，由于水面或玻璃表面的反射光的干擾，常使景象不清楚，如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可使反射來(lái)的偏振光不能進(jìn)入照相機(jī)內(nèi)，從而可拍出清晰的照片．故人們把偏振濾光片叫做攝像機(jī)的“門衛(wèi)”．(2)偏振片在汽車擋風(fēng)玻璃上的應(yīng)用：偏振片——汽車司機(jī)的福音．在夜間行車時(shí)，迎面開(kāi)來(lái)的車燈眩光常常使司機(jī)看不清路面，容易發(fā)生事故．如果在每輛車燈玻璃上和司機(jī)坐席前面的擋風(fēng)玻璃上安裝一塊偏振片，并使它們的透振方向跟水平方向成角，就可以解決這一問(wèn)題．這時(shí)，從對(duì)面車燈射來(lái)的偏振光，由于振動(dòng)方向跟司機(jī)座前擋風(fēng)玻璃偏振片的透振方向垂直，所以不會(huì)射進(jìn)司機(jī)眼里．而從自己的車燈射出去的偏振光，由于振動(dòng)方向跟自己的擋風(fēng)玻璃上的偏振片的透振方向相同，所以司機(jī)仍能看清自己的燈照亮的路面和物體．(3)立體電影：立體電影也是利用光的偏振原理4．光波中的電場(chǎng)強(qiáng)度光是電磁波，且電磁波中電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的振動(dòng)方向都與電磁波的傳播方向垂直．實(shí)驗(yàn)指出，光波的感光作用和生理作用等主要是由電場(chǎng)強(qiáng)度引起的．因此常將的振動(dòng)稱為光振動(dòng)．在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi)，光振動(dòng)的方向可以沿任意的方向．光振動(dòng)沿各個(gè)方向均勻分布的光就是自然光．光振動(dòng)沿著特定方向的光就是偏振光．要點(diǎn)三、光的顏色、色散1．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(zhǎng)不同．紅光最大，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，紫光最小，波長(zhǎng)最短．白光干涉時(shí)的條紋是彩色的，可見(jiàn)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．2．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(lái)就是彩色的．3．折射時(shí)的色散如圖所示，一束白光通過(guò)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(guò)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(shuō)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?。鐖D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(guò)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(guò)棱鏡不能再分，所以不能發(fā)生色散現(xiàn)象．4．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(lái)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．5．分光鏡用來(lái)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(guò)色散將不同顏色的光分開(kāi)．通過(guò)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．6．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(zhǎng)的時(shí)間可以觀察(可在清水中加一些洗潔精)．7．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(zhǎng)逐漸減小，色光由真空進(jìn)入介質(zhì)，頻率不變，波長(zhǎng)減?。?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．8．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(lái)，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)9．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(lái)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(zhǎng)的，這樣反射回來(lái)的兩列光波經(jīng)過(guò)路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，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(méi)有顯著削弱，所以有增透膜的光學(xué)鏡頭顯淡紫色．10．雨后天空中的彩虹產(chǎn)生的原因和條件(1)彩虹是由于日光經(jīng)過(guò)球狀小水滴時(shí)，從空氣射入球內(nèi)要發(fā)生折射，從球內(nèi)射向空氣可能要發(fā)生全反射形成的．當(dāng)陽(yáng)光進(jìn)入水滴后就被分解為七色光，這七色光再經(jīng)過(guò)內(nèi)表面反射進(jìn)入我們的視角，我們就看見(jiàn)了七彩的虹．如圖甲所示是由于太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)小水滴時(shí)，受到兩次折射，一次反射，產(chǎn)生第一次彩虹，偏向程度與日光進(jìn)行方向差，因此我們看到第一道彩虹呈現(xiàn)方位角，如圖乙所示．如圖丙、丁所示，若目光受到兩次折射、兩次反射，則產(chǎn)生第二道彩虹()．由于紅光受折射偏向最小，藍(lán)光最大．第一道彩虹的顏色排列由內(nèi)向外是：藍(lán)→紅，第二道則是紅→藍(lán)．彩虹多發(fā)生在大雨過(guò)后，需背對(duì)陽(yáng)光才看得到，每個(gè)人看到的彩虹都以觀察者為中心形成或的光環(huán)．其實(shí)，彩虹不僅僅來(lái)自天空，在有水霧和陽(yáng)光的地方，都有可能看見(jiàn)彩虹，因?yàn)椴屎鐚?shí)際上是白光通過(guò)水滴折射、反射后產(chǎn)生的．(2)大城市由于環(huán)境污染嚴(yán)重，空氣中漂浮大量的粉塵等顆粒雜質(zhì)，也使得空中的小水珠不再純凈，難以形成日光的折射和全反射，所以很難看到彩虹．(3)要愛(ài)護(hù)環(huán)境，保護(hù)大氣層，減小有害氣體的排放，植樹(shù)造林．要點(diǎn)四、激光1．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(wú)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(guò)光纜可以同時(shí)傳送一百億路電話和一千萬(wàn)套電視，全國(guó)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(lái)，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(wàn)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．2．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(wàn)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)3．光源發(fā)射光子數(shù)的計(jì)算從能量轉(zhuǎn)化的角度思考，設(shè)光源的功率為，經(jīng)過(guò)時(shí)間，則光源發(fā)射的光子數(shù)由和，可知．4．激光武器激光武器分為激光制導(dǎo)炸彈和激光熱武器兩種．激光制導(dǎo)炸彈在攻擊目標(biāo)時(shí)，由目標(biāo)指示飛機(jī)發(fā)射激光，照射目標(biāo)，由運(yùn)載機(jī)投彈，制導(dǎo)炸彈則根據(jù)從目標(biāo)反射回來(lái)的激光飛向目標(biāo)．這種炸彈偏離目標(biāo)不大于．而普通炸彈則通常平均偏離目標(biāo)在左右．激光熱武器是利用激光的熱效應(yīng)來(lái)破壞目標(biāo)的．輕型的激光熱武器可稱為激光槍，可用來(lái)殺傷人員，重型的稱為激光炮，可燒毀裝甲車、飛機(jī)、導(dǎo)彈和衛(wèi)星等．激光熱武器的優(yōu)點(diǎn)是速度快，命中率高．缺點(diǎn)是不能大面積的摧毀目標(biāo)．制造激光熱武器要求有大功率的激光器，目前有一些技術(shù)難題尚未完全解決，還處于研制階段．5．醫(yī)療用激光可以治療眼疾，如視網(wǎng)膜“焊接”、虹膜切除、角膜移植、治療青光眼等．激光在皮膚科、五官科、婦科、腫瘤科、外科等方面也得到了應(yīng)用．可治療黑色素皮膚癌、血管腫瘤、“焊接”骨骼．外科用激光作為手術(shù)刀來(lái)切割組織，其優(yōu)點(diǎn)是可以自動(dòng)止血、傷口基本無(wú)菌、傷口愈合快．利用光導(dǎo)纖維傳輸激光，制成激光內(nèi)窺鏡來(lái)檢查腸胃的病變．【典型例題】 類型一、衍射現(xiàn)象例1．關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說(shuō)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(shuō)明發(fā)生了衍射D．光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說(shuō)明光沿著直線傳播，不存在光的衍射現(xiàn)象【思路點(diǎn)撥】根據(jù)光波發(fā)生明顯衍射的條件進(jìn)行判斷。【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(jiàn)．舉一反三:【：光的衍射、偏振、色散、激光例1】【變式1】在觀察光的衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)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．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(zhǎng)比形成圖樣光的波長(zhǎng)短D．形成圖樣的光的波長(zhǎng)比形成圖樣光的波長(zhǎng)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(zhǎng)長(zhǎng)，所以圖樣的光的波長(zhǎng)比圖樣的光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，圖樣的光的波長(zhǎng)比圖樣的光的波長(zhǎng)長(zhǎng)。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:【：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(guò)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(guò)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(zhǎng)較長(zhǎng)，為紅光，3為藍(lán)光。2的波長(zhǎng)短，為紫光，4為黃光。所以顏色順序依次是紅紫藍(lán)黃?！咀兪?】某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，利用游標(biāo)尺兩腳間形成的狹縫觀察光的衍射現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)，你認(rèn)為正確的是()．A．若狹縫與燈泡平行，衍射條紋與狹縫平行B．若狹縫與燈泡垂直，衍射條紋與狹縫垂直C．衍射條紋的疏密程度與狹縫的寬度有關(guān)D．衍射條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān)【答案】A、C、D【解析】若狹縫與線狀燈平行，衍射條紋與狹縫平行且現(xiàn)象明顯，衍射條紋的疏密程度與縫寬有關(guān)，狹縫越小，條紋越疏；條紋間距與波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，間距越大．【總結(jié)升華】游標(biāo)卡尺兩腳間形成單縫，縫與線狀光源平行時(shí)才能產(chǎn)生衍射．類型二、偏振光例3．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(yáng)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(guò)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(guò)偏振片．太陽(yáng)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(guò)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:【：光的衍射、偏振、色散、激光例5】【變式1】如圖所示，讓太陽(yáng)光或白熾燈光通過(guò)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例4．(2015銀川校級(jí)期末)由下列那些現(xiàn)象可以說(shuō)明光是橫波（）A．光的偏振現(xiàn)象B．光的色散現(xiàn)象C．光的全反射現(xiàn)象D．光的干涉和衍射現(xiàn)象【思路點(diǎn)撥】波分為橫波和縱波兩類，傳播方向與振動(dòng)方向垂直時(shí)橫波，偏振現(xiàn)象與橫波有關(guān)，從而即可求解?！敬鸢浮緼【解析】橫波的振動(dòng)方向與傳播方向垂直，縱波的振動(dòng)方向與傳播方向在同一條直線上，因此只有當(dāng)橫波時(shí)，光穿過(guò)偏振片時(shí)出現(xiàn)時(shí)而通過(guò)時(shí)而阻礙，而干涉與衍射說(shuō)明光是一種波，對(duì)于光的色散與全反射，是光的直線傳播。A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A?！究偨Y(jié)升華】本題的關(guān)鍵是能區(qū)別橫波與縱波，并理解偏振原理以及偏振與橫波有關(guān)?！咀兪?】一段時(shí)間以來(lái)，“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(lái)測(cè)量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量，偏振光通過(guò)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(shuō)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(guò)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(guò)的角度等于【答案】A、C、D【解析】自然光通過(guò)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(shuō)明它們轉(zhuǎn)過(guò)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(wèn)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．【變式2】通過(guò)一塊偏振片去觀察電燈、蠟燭、月亮、反光的黑板，當(dāng)以入射光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，看到的現(xiàn)象有何不同?【答案】見(jiàn)解析【解析】該題考查自然光和偏振光的區(qū)別．通過(guò)一塊偏振片去觀察電燈、蠟燭時(shí)，透射光的強(qiáng)度不隨偏振片的旋轉(zhuǎn)而變化．因?yàn)闊艄?、燭光都是自然光，沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同．因此，當(dāng)偏振片旋轉(zhuǎn)時(shí)，透射出來(lái)的光波的振動(dòng)方向雖然改變了(肉眼對(duì)此不能感覺(jué)到)，但光的強(qiáng)弱沒(méi)有改變．月亮、黑板反射的光是偏振光，它們通過(guò)偏振片透射過(guò)來(lái)的光線的強(qiáng)弱會(huì)隨偏振片的旋轉(zhuǎn)發(fā)生周期性的變化．【總結(jié)升華】知道自然光和偏振光的區(qū)別．光源發(fā)出的光，沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度都相同，叫做自然光．振動(dòng)方向一定的光叫做偏振光．類型三、光的顏色、色散例5．如圖所示一個(gè)小的光源發(fā)出白光，經(jīng)三棱鏡分光．若人沿著折射光線的反方向觀察，通過(guò)棱鏡可以看到()．A．白光點(diǎn)B．光點(diǎn)上部紅色，下部紫色C．光點(diǎn)上部紫色，下部紅色D．看不到光源的像【思路點(diǎn)撥】不同顏色的光發(fā)生折射時(shí)折射角不同?！敬鸢浮緾【解析】由于各種單色光中，紫光的折射率最大，偏折角也最大，成的像最高，紅光的折射率最小，偏折角也最小，成的像最低，故C正確．【總結(jié)升華】此題易錯(cuò)選B，將右邊光屏顯示光譜顏色順序跟人眼逆著光線看到的像的顏色混淆，兩者是有區(qū)別的．【變式】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(lái)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．例6．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(shuō)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．【變式】劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜．當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示，干涉條紋有如下特點(diǎn)：(1)任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰明條紋或暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定．現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片．則當(dāng)光垂直人射到新劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋()．A．變疏B．變密C．不變D．消失【答案】A【解析】