第13章 5 光的衍射 6 光的偏振

5光的衍射6光的偏振

一、光的衍射

1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象．

2．衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或光环．

3．单缝衍射：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，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹．

4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环．

5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象．

在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．6．衍射光栅(1)结构：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．

(2)衍射图样特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．

(3)种类：透射光栅和反射光栅．

二、光的偏振

1．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，这个方向叫做“透振方向”．

2．自然光和偏振光

(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同．这种光是“自然光”．

(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光．

3．光的偏振现象说明光是一种横波．

(1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象．( )

(2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象．( )

(3)用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹．( )

(4)凡是波都有偏振现象．( )

(5)反射可以引起自然光的偏振．( )

2．在单缝衍射实验中，下列说法正确的是()

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

E．条纹间距与单缝到屏的距离无关

3.对于光的偏振，下列说法正确的是()

A．自然光是偏振光B．自然光通过偏振片后成为偏振光C．偏振光不能再通过偏振片

D．如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直，偏振光不能透过偏振片E．偏振现象表明光是横波

光的衍射

1．产生明显衍射的条件

障碍物的尺寸可以跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射．对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显．由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多．

2．三种不同的衍射现象及特点

(1)单缝衍射．

①现象：如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直

线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，

在AA′、BB′区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象．

②单缝衍射图样的四个特点：a．中央条纹亮而宽；

b．两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱；

c．波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，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；

d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色．

(2)圆孔衍射．

①现象：圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图乙中a所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙中b所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．

②圆孔衍射图样的两个特点

单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环．越向外，亮环亮度越低．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．

(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象．

①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清．若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙中c所示．

②障碍物的衍射图样的特点．

圆形阴影中心有一亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环．与小孔衍射图样有明显区别．

【例1】对于单缝衍射现象，下列说法正确的是()

A．缝的宽度d越小，衍射条纹越暗B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显

C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线D．入射光的波长越短，衍射现象越明显

E．入射光的波长越长，衍射现象越明显

对衍射现象的理解

(1)衍射现象是否明显方面：入射光波长越大，障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小，衍射现象越明显．

(2)衍射条纹的亮度方面：小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越小．

1．用单色光分别通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是() A．用前者做实验时中央是暗的，用后者做实验时中央是亮的

B．用前者做实验时中央是亮的，用后者做实验时中央是暗的

C．中央均为亮点的同心圆形条纹

D．中央均为暗点的同心圆形条纹

针对训练2观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是()

A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强D．以上现象都不会发生

单缝衍射和双缝干涉的比较

单缝衍射与双缝干涉的比较

名称

项目

单缝衍射双缝干涉

不同点产生条件只要狭缝足够小，任何光都能发生频率相同的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等

条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等

相同点成因都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果意义都是波特有的现象，表明光是一种波

A．光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理

B．光的干涉和衍射现象都遵循波的叠加原理

C．光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的

D．光的干涉和衍射现象现象都说明光具有波动性

E．光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果

例2如图3所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．则在下面的四幅图中从左到右