第99講 光的衍射與偏振-2023屆高三物理高考復(fù)習(xí)101微專題模型精講精練（原卷版）

第99講光的衍射與偏振1．（2019?上海）泊松亮斑是光的（）A．干涉現(xiàn)象，說(shuō)明光有波動(dòng)性 B．衍射現(xiàn)象，說(shuō)明光有波動(dòng)性 C．干涉現(xiàn)象，說(shuō)明光有粒子性 D．衍射現(xiàn)象，說(shuō)明光有粒子性2．（江蘇）如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點(diǎn)位于P、Q之間，B點(diǎn)位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是（）A．A、B均不變 B．A、B均有變化 C．A不變，B有變化 D．A有變化，B不變一.知識(shí)回顧1．幾種典型衍射條紋的特點(diǎn)(1)單縫衍射：①單色光的衍射圖樣中間為寬且亮(填特點(diǎn))的單色條紋，兩側(cè)是eq\x(\s\up1(02))明暗相間的條紋，條紋寬度比中央窄且暗；單色光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，單縫越窄，中央亮紋越寬。如圖7所示。②白光的衍射圖樣中間為寬且亮的白條紋，兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋。其中最靠近中央的色光是紫光，離中央最遠(yuǎn)的是紅光，如圖8所示，這是光在衍射時(shí)的色散。(2)圓孔衍射：如圖9所示，中央是大且亮的圓形光斑，周?chē)植贾靼迪嚅g的不等距圓環(huán)，且越靠外，亮圓環(huán)越窄越暗。(3)圓盤(pán)衍射(泊松亮斑)：如圖10所示，當(dāng)光照到不透明的半徑很小的小圓盤(pán)上時(shí)，對(duì)于一定的波長(zhǎng)，在適當(dāng)?shù)木嚯x上，圓盤(pán)的陰影中心出現(xiàn)亮斑，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。2．發(fā)生明顯衍射的條件在障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相當(dāng)，甚至比光的波長(zhǎng)還小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)十分明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別。(1)衍射是波的特有現(xiàn)象，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯。任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只有明顯與不明顯的差別。(2)衍射現(xiàn)象說(shuō)明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小得多時(shí)，光才可以近似看成是沿直線傳播的。3.單縫衍射與雙縫干涉的比較兩種現(xiàn)象單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)圖樣特點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋中心間距兩相鄰亮條紋中心間距不等兩相鄰亮條紋中心間距相等亮度情況中央條紋最亮，兩側(cè)條紋逐漸變暗條紋清晰，亮度基本相等發(fā)生條件產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物或孔、縫的尺寸與光的波長(zhǎng)差不多或比光的波長(zhǎng)更小兩束光頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，波長(zhǎng)越長(zhǎng)越明顯；干涉、衍射都形成明暗相間的條紋4．白光干涉和衍射形成彩色條紋的原因(1)雙縫干涉時(shí)，根據(jù)亮條紋中心位置的公式x＝neq\f(l,d)λ(n＝0，±1，±2，…)，各種單色光的波長(zhǎng)不同，在屏上的亮紋位置(間距)就不同，所以各色光亮紋不重合呈現(xiàn)彩色條紋，中央位置對(duì)各單色光路程差都為0，所以疊加出白色條紋。(2)單縫衍射時(shí)，縫寬一定，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，中央亮紋越寬，且各單色光衍射時(shí)的其他條紋位置不同，所以白光的單縫衍射中央亮紋疊加出白色，兩側(cè)呈彩色。5．干涉與衍射的本質(zhì)光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理。光的干涉是兩列波的疊加，光的單縫衍射是來(lái)自單縫不同位置的無(wú)限列光波通過(guò)縫之后疊加時(shí)加強(qiáng)或削弱的結(jié)果。6．偏振在橫波中，各點(diǎn)的振動(dòng)方向總與波的傳播方向垂直。不同的橫波，即使傳播方向相同，振動(dòng)方向也可能是不同的，這個(gè)現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”。橫波的振動(dòng)方向稱為“偏振方向”。7．自然光太陽(yáng)以及日光燈、發(fā)光二極管等普通光源發(fā)出的光，包含著在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，這種光叫作自然光。如圖所示。8．偏振光在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個(gè)特定方向振動(dòng)的光，叫作偏振光。光的偏振證明光是橫波。自然光通過(guò)偏振片后，就得到了偏振光。偏振光并不罕見(jiàn)。除了從太陽(yáng)、白熾燈等光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光。入射角變化時(shí)偏振的程度也有變化。9．偏振光的產(chǎn)生方式(1)自然光通過(guò)起偏器時(shí)產(chǎn)生偏振光。通過(guò)兩個(gè)共軸的偏振片觀察自然光，第一個(gè)偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器。第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否為偏振光，叫檢偏器。(2)自然光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，反射光和折射光都是偏振光。10.自然光和偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光光的來(lái)源直接從光源發(fā)出的光自然光通過(guò)起偏器后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光的振動(dòng)沿任意方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光的振動(dòng)沿特定方向11.光的偏振的理論意義及應(yīng)用(1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明了光是波，但不能確定光是橫波還是縱波，光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明了光是橫波。(2)應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭前裝偏振片減弱反射光，放映和觀看立體電影，電子表的液晶顯示器等。二.例題精析題型一：各種光現(xiàn)象的定性分析例1．（1）肥皂泡在太陽(yáng)光照射下呈現(xiàn)的彩色是現(xiàn)象；露珠在太陽(yáng)光照射下呈現(xiàn)的彩色是現(xiàn)象；通過(guò)狹縫看太陽(yáng)光時(shí)呈現(xiàn)的彩色是現(xiàn)象．（2）要使光產(chǎn)生明顯的衍射，條件是．（3）當(dāng)狹縫的寬度很小并保持一定時(shí)，分別用紅光和紫光照射狹縫，看到的衍射條紋的主要區(qū)別是．（4）如圖所示，讓太陽(yáng)光或白熾燈光通過(guò)偏振片P和Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q，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．題型二：光的衍射例2．將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過(guò)這條狹縫去看與其平行的日光燈，能觀察到彩色條紋，這是由于光的（選填“折射”“干涉”或“衍射”）。當(dāng)縫的寬度（選填“遠(yuǎn)大于”或“接近”）光波的波長(zhǎng)時(shí)，這種現(xiàn)象十分明顯。題型三：光的偏振（多選）例3．（2018?日照模擬）關(guān)于光的偏振，下列說(shuō)法正確的是（）A．自然光通過(guò)偏振片后，就得到了偏振光 B．拍攝水面下的景物時(shí)，加偏振片可使像更清晰 C．所有的波都具有偏振現(xiàn)象 D．立體電影是應(yīng)用光的偏振的一個(gè)實(shí)例 E．自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，折射光是偏振光，反射光不是偏振光三.舉一反三，鞏固練習(xí)一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋?，F(xiàn)在將其中一條窄縫擋住，讓這束紅光只通過(guò)一條窄縫，則在光屏上可以看到（）A．與原來(lái)相同的明暗相間的條紋，只是明條紋比原來(lái)暗些 B．與原來(lái)不相同的明暗相間的條紋，而且中央明條紋比兩側(cè)的寬些 C．只有一條與縫寬對(duì)應(yīng)的明條紋 D．無(wú)條紋，只存在一片紅光利用圖a所示的裝置，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到圖b中甲和乙兩種圖樣。則（）A．甲對(duì)應(yīng)單縫，乙對(duì)應(yīng)雙縫 B．甲對(duì)應(yīng)雙縫，乙對(duì)應(yīng)單縫 C．都是單縫，甲對(duì)應(yīng)的縫寬較大 D．都是雙縫，甲的雙縫間距較大用單色紅光通過(guò)不同形狀的小孔，光屏上呈現(xiàn)出如圖的圖樣，則小孔形狀，判斷正確的是（）A． B． C． D．如圖所示，將兩塊平面鏡邊緣對(duì)齊，之后分別傾斜微小的角度θ，在右側(cè)有一豎直光屏，單色光源S剛好位于兩平面鏡夾角的角平分線上，D為半圓形遮光板，使光源S發(fā)出的光不能直接照射到光屏上。用光源s照射平面鏡，在光屏上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋，則下列說(shuō)法正確的是（）A．光屏上出現(xiàn)的條紋是光線衍射的結(jié)果 B．若增大入射光的頻率，屏上條紋間距減小 C．把光屏向右移，屏上條紋間距減小 D．把光源S向右移，屏上條紋間距增大利用圖（a）所示的裝置（示意圖），觀察藍(lán)光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖（b）中甲和乙兩種圖樣。則甲應(yīng)是（選填“干涉”或“衍射”）圖樣。若將藍(lán)光換成紅光，干涉圖樣中相鄰兩個(gè)亮條紋的中心間距（選填“變長(zhǎng)”“變短”或“不變”（多選）某實(shí)驗(yàn)小組用完全相同的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，僅換用頻率不同的單色光a、b得到的干涉圖樣分別如圖甲、乙所示，下列說(shuō)法正確的是（）A．a(chǎn)光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 B．a(chǎn)光子的能量大于b光子的能量 C．從同一種介質(zhì)射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角大于b光的臨界角 D．對(duì)于同一金屬，a光的截止電壓小于b光的截止電壓（多選）下列有關(guān)機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波的說(shuō)法正確的是（）A．彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，若某兩個(gè)時(shí)刻位移相同，則這兩個(gè)時(shí)刻的速度也一定相同 B．單擺在周期性外力作用下做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期與單擺的擺長(zhǎng)無(wú)關(guān) C．火車(chē)?guó)Q笛向我們駛來(lái)時(shí)，我們聽(tīng)到的笛聲頻率將比聲源發(fā)聲的頻率高 D．當(dāng)水波通過(guò)障礙物時(shí)，若障礙物的尺寸與波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小得多時(shí)，將發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 E．在兩列波的疊加區(qū)域，若質(zhì)點(diǎn)到兩列波源的距離相等，該質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)一定加強(qiáng)（多選）下列說(shuō)法中正確的是（）A．如圖甲所示，小球在傾角很小的光滑斜面上來(lái)回運(yùn)動(dòng)，小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) B．如圖乙所示，a是一束白光，射向半圓玻璃磚的圓心O，經(jīng)折射后發(fā)生色散，最左側(cè)為紫光，最右側(cè)為紅光 C．如圖丙所示為雙縫干涉示意圖，雙縫間距d越大，相鄰亮條紋間距越大 D．如圖丁所示為光導(dǎo)纖維示意圖，內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大 E．如圖戊所示為單色光單縫衍射示意圖，如果換成白光，屏上得到的條紋是彩色的如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過(guò)偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，卻看不到光亮，則（）A．電燈S發(fā)出的光是偏振光 B．偏振片A起檢偏器的作用 C．以SP為軸將A轉(zhuǎn)過(guò)45°，在P處看到光亮 D．將B沿SP向A平移至某位置時(shí)，在P處看到光亮激光冷卻是一種高新技術(shù)，利用該技術(shù)可以達(dá)到微開(kāi)量級(jí)的低溫，激光冷卻目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。激光冷卻的原理是，利用光子和原子的相互作用使原子運(yùn)動(dòng)減速，以獲得超低溫。如圖所示，a、b為兩個(gè)相同的原子，運(yùn)動(dòng)方向相反。用一束激光L照射原子，由于多普勒效應(yīng)，當(dāng)原子迎著光束的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其接收到的光子的頻率會(huì)升高。當(dāng)原子接收到的光的頻率等于該原子的固有頻率時(shí)，原子吸收光子的概率最大。原子吸收光子后由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，隨后原子又會(huì)自發(fā)躍遷回到基態(tài)，釋放出頻率等于其固有頻率的光子。原子由激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)的過(guò)程向各個(gè)方向釋放光子的機(jī)會(huì)是均等的。結(jié)合所學(xué)知識(shí)，在激光冷卻的過(guò)程中，判斷下列說(shuō)法正確的是（）A．若原子a吸收了激光束L中的光子，其速度將減小 B．應(yīng)使用頻率比原子固有頻率稍低的激光 C．原子a和原子b吸收光子的概率是相同的 D．原子a吸收光子的概率更高“啁啾（zhōujiū）激光脈沖放大技術(shù)”是高強(qiáng)度激光研究的重大技術(shù)創(chuàng)新和核心技術(shù)。如圖所示，該技術(shù)原理可以簡(jiǎn)化為：種子激光脈沖經(jīng)過(guò)單模光纖的色散作用，將時(shí)長(zhǎng)為飛秒（10﹣15s）脈寬的激光脈沖在時(shí)間上進(jìn)行了展寬；展寬后的脈沖經(jīng)過(guò)激光增益介質(zhì)放大，充分提取了介質(zhì)的儲(chǔ)能；最后使用壓縮器將脈沖寬度壓縮至接近最初的脈寬值。上述技術(shù)中的關(guān)鍵是“啁啾”脈沖。種子激光脈沖包含有不同的頻率分量，因此在單模光纖中，頻率高的部分和頻率低的部分傳播速度不同，這樣光脈沖在時(shí)間上就被逐漸拉寬，形成脈沖前沿、后沿頻率不同的現(xiàn)象，宛如鳥(niǎo)兒發(fā)出的不同聲音。下列說(shuō)法正確的是（）A．展寬過(guò)程使脈沖各頻率分量的頻率都變小 B．在傳播方向上，“啁啾”脈沖前沿頻率低于后沿頻率 C．若激光脈沖能量約為1J，則其峰值功率一定不能達(dá)到1015W量級(jí) D．通過(guò)“啁啾激光脈沖放大技術(shù)”獲得的激光脈沖與種子激光脈沖能量幾乎相同隱身飛機(jī)通過(guò)運(yùn)用多種隱形技術(shù)降低飛機(jī)的信息特征，使雷達(dá)難以發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、跟蹤和攻擊。飛機(jī)隱身途徑主要有兩種：一是改變飛機(jī)的外形和結(jié)構(gòu)，減小回波，二是飛機(jī)表面采用能吸收雷達(dá)波的涂敷材料。雷達(dá)是利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備。雷達(dá)發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此可獲得目