一、三種衍射圖樣的特點(diǎn)比較
1.單縫衍射圖樣(1)中央條紋最亮,越向兩邊越暗;條紋間距不等,越靠外，條紋間距越小.(2)縫變窄通過(guò)的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮紋的亮度降低.(3)中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長(zhǎng)及單縫寬度有關(guān)，入射光波長(zhǎng)越大，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大.(4)用白光做單縫衍射時(shí)，中央亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中央亮條紋仍然最寬最亮.
2.圓孔衍射圖樣(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小.如圖所示.(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時(shí)亮度越弱.(3)用不同色光照射圓孔時(shí)，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長(zhǎng)越大，中央圓形亮斑的直徑越大.(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環(huán).
(5)只有圓孔足夠小時(shí)才能得到明顯的衍射圖樣.在圓孔由較大直徑逐漸減小的過(guò)程中，光屏依次得到幾種不同的現(xiàn)象——圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣).
3.不透明的小圓板衍射圖樣(泊松亮斑)(1)中央是亮斑.(2)周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小.
(1)衍射是波所特有的現(xiàn)象，一切波均能發(fā)生衍射現(xiàn)象.(2)光遇小孔、單縫或障礙物時(shí)，衍射現(xiàn)象只有明顯不明顯之分，無(wú)發(fā)生不發(fā)生之別.(3)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍：10-6～10-7 m，因此光的衍射現(xiàn)象不易觀察到.
【典例1】(2011·石家莊高二檢測(cè))觀察單縫衍射現(xiàn)象時(shí)，把縫寬由0.2 mm逐漸增大到0.8 mm，看到的現(xiàn)象是( )A.衍射條紋的間距逐漸變小，衍射現(xiàn)象逐漸不明顯B.衍射條紋的間距逐漸變大，衍射現(xiàn)象越來(lái)越明顯C.衍射條紋的間距不變，只是亮度增強(qiáng)D.以上現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生 【解題指導(dǎo)】清楚發(fā)生明顯衍射的條件；衍射圖樣在單縫寬度變化時(shí)的變化規(guī)律.
【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A.由單縫衍射實(shí)驗(yàn)的調(diào)整與觀察可知，狹縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋越寬，條紋間距也越大.將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反方向變化，故選項(xiàng)A正確.
【變式訓(xùn)練】某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，利用游標(biāo)卡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)為錯(cuò)誤的是( )A.若狹縫與白熾燈平行，衍射條紋與狹縫平行B.若狹縫與白熾燈垂直，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)
【解析】選B.若狹縫與白熾燈平行，則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.若狹縫與白熾燈垂直，看到的是平行縫的衍射的亮點(diǎn)或較短的條紋，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤.
【變式備選】用一單色光源垂直照射帶有圓孔的不透明光屏，下列幾種情況中，在圓孔后面的光屏上各看到什么現(xiàn)象？(1)圓孔的直徑為1 cm.(2)圓孔的直徑為1 mm.(3)圓孔的直徑為0.5 μm.
【解析】(1)當(dāng)圓孔的直徑為1 cm時(shí)，在光屏上只能看到與圓孔形狀相同的亮斑，這是光沿直線傳播的結(jié)果.(2)當(dāng)圓孔的直徑為1 mm時(shí)，在光屏上能看到單色光源倒立的像，這是小孔成像，也是光沿直線傳播的結(jié)果.(3)當(dāng)圓孔的直徑為0.5 μm時(shí)，在光屏上能看到衍射條紋，這是由于小孔的尺寸與光波波長(zhǎng)差不多，光發(fā)生衍射的結(jié)果.答案：(1)亮斑 (2)像 (3)衍射條紋
二、單縫衍射與雙縫干涉的比較
(1)單縫衍射可以理解為若干個(gè)光源的干涉，從而理解條紋相間排列.(2)光波的波長(zhǎng)增大，衍射條紋、干涉條紋的寬度都變大.(3)復(fù)色光的衍射或干涉圖樣，可認(rèn)為各單色光單獨(dú)衍射或干涉所成圖樣的疊加.
【典例2】(2011·塘沽高二檢測(cè))如圖所示的4幅明暗相間的條紋圖樣，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(黑色部分表示亮紋).則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是( )
【解題指導(dǎo)】在分析干涉、衍射圖樣的區(qū)別時(shí)，主要注意圖樣條紋寬度的情況：若條紋寬度相等，則是干涉條紋；若中間條紋最寬，兩邊越來(lái)越窄，則是衍射條紋.分析光的顏色時(shí)，主要是看條紋的間距，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋越寬，間距越大.【標(biāo)準(zhǔn)解答】選B.雙縫干涉條紋是等間距的條紋，單縫衍射條紋是中間最寬、兩邊越來(lái)越窄的條紋，因此1、3是干涉條紋，2、4是衍射條紋.干涉條紋中，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋越寬，因此1是紅光，3是藍(lán)光.同一單縫衍射條紋，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋越寬，因此2是紫光，4是黃光.
【規(guī)律方法】區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法：(1)根據(jù)條紋的寬度區(qū)分雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的，而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄.(2)根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分雙縫干涉條紋，從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很小，而單縫衍射條紋中央亮紋最亮，兩側(cè)的亮紋逐漸變暗.
【變式訓(xùn)練】在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是( )A.換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，衍射條紋間距變窄B.換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，衍射條紋間距變寬C.使單縫寬度變小，衍射條紋的亮度降低、間距變窄D.增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬
【解析】選B、D.當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯，即光偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)，條紋間距也越大，換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，條紋間距變寬，故A錯(cuò)，B正確；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大，故C錯(cuò)；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定，單縫寬度也一定時(shí)，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會(huì)變寬，故D正確.
三、自然光和偏振光的比較
自然光和偏振光的比較見(jiàn)表
(1)偏振現(xiàn)象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通過(guò)偏振片后才變?yōu)槠窆?，生活中除光源直接發(fā)出的光外，我們看到的絕大部分光都是偏振光，如自然光射到水面時(shí)的反射和折射光線，尤其是二者互相垂直時(shí)，都是典型的偏振光，并且是完全偏振光，振動(dòng)方向相互垂直.(2)只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象，光是橫波.
【典例3】(2011·青島高二檢測(cè))奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個(gè)重要指標(biāo)，利用旋光儀這種儀器可以用來(lái)測(cè)量糖溶液的濃度，從而測(cè)定含糖量.其原理是：偏振光通過(guò)糖的水溶液后，若迎著射來(lái)的光線看，偏振光的偏振方向會(huì)以傳播方向?yàn)檩S線，旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度θ，這一角度稱為“旋光角”，θ的值與糖溶液的濃度有關(guān)，將θ的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測(cè)樣品的含糖量了.如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間.則下列說(shuō)法中正確的是( )
A.到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B.到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光的強(qiáng)度最大，則偏振片B轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于θD.將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光的強(qiáng)度最大，則偏振片A轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于θ
【解題指導(dǎo)】光線經(jīng)過(guò)被測(cè)樣品后，偏振方向旋轉(zhuǎn)了θ角度，要使光能穿過(guò)兩偏振片，則A、B相差的角度也需是θ角.
【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A、C、D.根據(jù)題意可知，開(kāi)始A、B兩偏振片的透光方向相同，當(dāng)被測(cè)樣品置于A、B之間時(shí)，光線旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度θ，因此到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱；為了使得O處的光線強(qiáng)度最大，則必須將其中一個(gè)偏振片旋轉(zhuǎn)角度θ，使光線穿過(guò)偏振片時(shí)，光的偏振方向與偏振片的透光方向一致.
【變式訓(xùn)練】(2011·福州高二檢測(cè))將兩個(gè)偏振片緊靠在一起，放在一盞燈的前面，眼睛通過(guò)偏振片看到的光很弱.如果將其中一個(gè)偏振片旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)觀察到( )A.燈光逐漸增強(qiáng)，然后逐漸減弱B.燈光強(qiáng)度保持不變C.燈光逐漸增強(qiáng)，沒(méi)有減弱現(xiàn)象D.燈光逐漸增強(qiáng)，再減弱，然后增強(qiáng)到最亮
【解析】選A.眼睛通過(guò)兩偏振片看到的光很弱，是因?yàn)閮善衿耐刚穹较虼怪?，在旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片的過(guò)程中，透振方向逐漸一致，光逐漸增強(qiáng)，當(dāng)兩個(gè)偏振片的透振方向一致時(shí)，光線最強(qiáng)，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)，透振方向又逐漸偏離，光線逐漸減弱.所以選項(xiàng)A正確.
【典例】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處迎著入射光方向看不到光亮，則( )
A.圖中a光為偏振光B.圖中b光為偏振光C.以SP為軸將B轉(zhuǎn)過(guò)180°后，在P處將看到光亮D.以SP為軸將B轉(zhuǎn)過(guò)90°后，在P處將看到光亮
【標(biāo)準(zhǔn)解答】選B、D.自然光沿各個(gè)方向是均勻分布的，通過(guò)偏振片后，透射光是沿著某一特定方向振動(dòng)的光.從電燈發(fā)出的光是自然光，則選項(xiàng)A錯(cuò)誤；它通過(guò)A后，變成偏振光，則選項(xiàng)B正確；在P處看不到光亮，則A、B的透振方向垂直，若將B轉(zhuǎn)過(guò)180°后，兩偏振片透振方向仍垂直，仍看不到光亮.若將B轉(zhuǎn)過(guò)90°后，兩偏振片透振方向一致，能看到光亮，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確.
一、選擇題1.(2011·三明高二檢測(cè))下列關(guān)于偏振光的說(shuō)法中正確的是( )A.自然光就是偏振光B.沿著一個(gè)特定方向傳播的光叫偏振光C.沿著一個(gè)特定方向振動(dòng)的光叫偏振光D.單色光就是偏振光【解析】選C.自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同；只有沿著特定方向振動(dòng)的光才是偏振光.所以選項(xiàng)C正確.
2.(2011·佛山高二檢測(cè))對(duì)衍射現(xiàn)象的定性分析，不正確的是( )A.光的衍射是光在傳播過(guò)程中繞過(guò)障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象B.衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果C.光的衍射現(xiàn)象為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù)D.光的衍射現(xiàn)象完全否定了光的直線傳播結(jié)論
【解析】選D.衍射現(xiàn)象是波繞過(guò)障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象，衍射條紋是波的疊加的結(jié)果，干涉、衍射是一切波所具有的特性,所以選項(xiàng)A、B、C正確.光的直線傳播只是近似的，只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小的多的情況下，光才看做沿直線傳播的，所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
3.(2011·西安高二檢測(cè))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)明光沿直線傳播，不存在光的衍射
【解析】選A、C.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.光照到不透明小圓盤上，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.選項(xiàng)D中屏上大光斑只是衍射現(xiàn)象不明顯，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象.
4.在拍攝日落水面下的景物時(shí)，應(yīng)在照相機(jī)鏡頭前裝一個(gè)偏振片，其目的是( )A.減弱反射光，從而使景物的像清晰B.增強(qiáng)反射光，從而使景物的像清晰C.增強(qiáng)透射光，從而使景物的像清晰D.減弱透射光，從而使景物的像清晰【解析】選A.由于反射光的干擾，景物的像常常比較模糊，裝上偏振片的目的是減弱反射光，所以偏振片的透振方向應(yīng)與反射光的振動(dòng)方向垂直，但不能增強(qiáng)透射光.故選項(xiàng)A正確.
5.(2011·洛陽(yáng)高二檢測(cè))如圖所示，a是一偏振片,a的透振方向?yàn)樨Q直方向.下列四種入射光束哪幾種照射a時(shí)能在a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45°的光
【解析】選A、B、D.只要光的振動(dòng)方向不與偏振片的透振方向垂直，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45°角振動(dòng)的光均能通過(guò)偏振片.
6.(2011·福州高二檢測(cè))在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣，下列四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是( )A.a、c B.b、c C.a、d D.b、d【解析】選D.單縫衍射條紋的特點(diǎn)是中央亮條紋最寬、最亮，雙縫干涉條紋是等間距的條紋，所以a是干涉條紋，b、d是單縫衍射條紋，c是水波的衍射圖樣.
二、非選擇題7.如圖所示，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.【解析】小孔衍射時(shí)，孔的直徑越小，衍射越明顯.答案：衍射 小于
8.(2011·攀枝花高二檢測(cè))如圖所示，楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，下述情況能否看到干涉條紋？說(shuō)明理由.(1)在單色自然光源S后加一偏振片P.(2)在(1)情況下，再加P1、P2，P1與P2透振方向垂直.
【解析】(1)到達(dá)S1、S2的光是從同一線偏振光分解出來(lái)的，它們滿足相干條件，故能看到干涉條紋.(2)由于從P1、P2射出的光透振方向相互垂直，不滿足干涉條件，若P1和P2中有一個(gè)與P的透振方向垂直，在光屏上也沒(méi)有其中之一的光波，兩振動(dòng)方向相互垂直的光不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，故不能看到與雙縫平行的干涉條紋.答案：見(jiàn)解析

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5 光的衍射

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