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第 99 讲 光的衍射与偏振
1．（2019•上海）泊松亮斑是光的（ ）
A．干涉现象，说明光有波动性
B．衍射现象，说明光有波动性
C．干涉现象，说明光有粒子性
D．衍射现象，说明光有粒子性
2．（江苏）如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片 P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于
Q右侧。旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是（ ）
A．A、B均不变 B．A、B均有变化
C．A不变，B有变化 D．A有变化，B不变
一.知识回顾
1．几种典型衍射条纹的特点
(1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为宽且亮(填特点)的单色条纹，两侧是明暗相间的条
纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。其中最靠近中央的色
光是紫光，离中央最远的是红光，如图8所示，这是光在衍射时的色散。
(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距圆环，
且越靠外，亮圆环越窄越暗。
(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定
的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
2．发生明显衍射的条件
在障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会十分明显。在任
何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
(1)衍射是波的特有现象，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只
有明显与不明显的差别。
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，
光才可以近似看成是沿直线传播的。
3.单缝衍射与双缝干涉的比较
两种现象 单缝衍射 双缝干涉
条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
条纹中 两相邻亮条纹中心间距
图样 两相邻亮条纹中心间距不等
心间距 相等
不 特点
条纹清晰，亮度基本相
同 亮度情况 中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗
等
点
产生明显衍射的条件：障碍物或
两束光频率相同、相位
发生条件 孔、缝的尺寸与光的波长差不多或
差恒定、振动方向相同
比光的波长更小
干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射
相同点
都形成明暗相间的条纹
4．白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因
(1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝nλ(n＝0，±1，±2，…)，各种单色光的波
长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单
色光路程差都为0，所以叠加出白色条纹。
(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。
5．干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形
成具有相似的原理。光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通
过缝之后叠加时加强或削弱的结果。
6．偏振
在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方
向也可能是不同的，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。
7．自然光
太阳以及日光灯、发光二极管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，而且沿着各个方向振动的光波的强度 都
相同，这种光叫作自然光。如图所示。
8．偏振光
在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏 振
光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外， 我
们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、 水
面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光。入射角变 化
时偏振的程度也有变化。
9．偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器时产生偏振光。
通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。
第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。
(2)自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。
10.自然光和偏振光的比较
自然光(非偏振光) 偏振光
光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过起偏器后的光
在垂直于光的传播方向的平面内，光的振
光的振动 在垂直于光的传播方向的平面
动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的
方向 内，光的振动沿特定方向
强度相同
11.光的偏振的理论意义及应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振
现象说明了光是横波。
(2)应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。
二.例题精析
题型一：各种光现象的定性分析例1．（1）肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是 现象；露珠在太阳光照射下呈现的彩色是
现象；通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是 现象．
（2）要使光产生明显的衍射，条件是 ．
（3）当狭缝的宽度很小并保持一定时，分别用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的主要区
别是 ．
（4）如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片 P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或
Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明 ．
题型二：光的衍射
例2．将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察
到彩色条纹，这是由于光的 （选填“折射”“干涉”或“衍射”）。当缝的宽度
（选填“远大于”或“接近”）光波的波长时，这种现象十分明显。
题型三：光的偏振
（多选）例3．（2018•日照模拟）关于光的偏振，下列说法正确的是（ ）
A．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光
B．拍摄水面下的景物时，加偏振片可使像更清晰
C．所有的波都具有偏振现象
D．立体电影是应用光的偏振的一个实例
E．自然光射到两种介质的界面上，折射光是偏振光，反射光不是偏振光
三.举一反三，巩固练习
1. 一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条
纹。现在将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到（ ）
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些
B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而且中央明条纹比两侧的宽些
C．只有一条与缝宽对应的明条纹
D．无条纹，只存在一片红光
2. 利用图a所示的装置，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到图 b中甲和乙两种图
样。则（ ）A．甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲的双缝间距较大
3. 用单色红光通过不同形状的小孔，光屏上呈现出如图的图样，则小孔形状，判断正确
的是（ ）
A． B． C． D．
4. 如图所示，将两块平面镜边缘对齐，之后分别倾斜微小的角度 ，在右侧有一竖直光
屏，单色光源S刚好位于两平面镜夹角的角平分线上，D为半圆形遮光板θ，使光源S发出的光
不能直接照射到光屏上。用光源s照射平面镜，在光屏上会出现明暗相间的条纹，则下列说法
正确的是（ ）
A．光屏上出现的条纹是光线衍射的结果
B．若增大入射光的频率，屏上条纹间距减小
C．把光屏向右移，屏上条纹间距减小D．把光源S向右移，屏上条纹间距增大
5. 利用图（a）所示的装置（示意图），观察蓝光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如
图（b）中甲和乙两种图样。则甲应是 （选填“干涉”或“衍射”）图样。若将蓝光换
成红光，干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距 （选填“变长”“变短”或“不变”
6. （多选）某实验小组用完全相同的双缝干涉实验装置进行实验，仅换用频率不同的单
色光a、b得到的干涉图样分别如图甲、乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．a光更容易发生明显的衍射现象
B．a光子的能量大于b光子的能量
C．从同一种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角
D．对于同一金属，a光的截止电压小于b光的截止电压
7. （多选）下列有关机械振动和机械波的说法正确的是（ ）
A．弹簧振子做简谐运动时，若某两个时刻位移相同，则这两个时刻的速度也一定相同
B．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关
C．火车鸣笛向我们驶来时，我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高
D．当水波通过障碍物时，若障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小得多时，将发生明显的衍射
现象
E．在两列波的叠加区域，若质点到两列波源的距离相等，该质点的振动一定加强
8. （多选）下列说法中正确的是 （ ）A．如图甲所示，小球在倾角很小的光滑斜面上来回运动，小球做简谐运动
B．如图乙所示，a是一束白光，射向半圆玻璃砖的圆心O，经折射后发生色散，最左侧为紫光，
最右侧为红光
C．如图丙所示为双缝干涉示意图，双缝间距d越大，相邻亮条纹间距越大
D．如图丁所示为光导纤维示意图，内芯的折射率比外套的折射率大
E．如图戊所示为单色光单缝衍射示意图，如果换成白光，屏上得到的条纹是彩色的
9. 如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，却
看不到光亮，则（ ）
A．电灯S发出的光是偏振光
B．偏振片A起检偏器的作用
C．以SP为轴将A转过45°，在P处看到光亮
D．将B沿SP向A平移至某位置时，在P处看到光亮
10. 激光冷却是一种高新技术，利用该技术可以达到微开量级的低温，激光冷却目前已经
在多个领域获得广泛应用。激光冷却的原理是，利用光子和原子的相互作用使原子运动减速，
以获得超低温。如图所示，a、b为两个相同的原子，运动方向相反。用一束激光L照射原子，
由于多普勒效应，当原子迎着光束的方向运动时，其接收到的光子的频率会升高。当原子接收
到的光的频率等于该原子的固有频率时，原子吸收光子的概率最大。原子吸收光子后由基态跃迁到激发态，随后原子又会自发跃迁回到基态，释放出频率等于其固有频率的光子。原子由激
发态跃迁回基态的过程向各个方向释放光子的机会是均等的。结合所学知识，在激光冷却的过
程中，判断下列说法正确的是（ ）
A．若原子a吸收了激光束L中的光子，其速度将减小
B．应使用频率比原子固有频率稍低的激光
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
11. “啁啾（zhōujiū）激光脉冲放大技术”是高强度激光研究的重大技术创新和核心技
术。如图所示，该技术原理可以简化为：种子激光脉冲经过单模光纤的色散作用，将时长为飞
秒（10﹣15s）脉宽的激光脉冲在时间上进行了展宽；展宽后的脉冲经过激光增益介质放大，充
分提取了介质的储能；最后使用压缩器将脉冲宽度压缩至接近最初的脉宽值。
上述技术中的关键是“啁啾”脉冲。种子激光脉冲包含有不同的频率分量，因此在单模光纤中，
频率高的部分和频率低的部分传播速度不同，这样光脉冲在时间上就被逐渐拉宽，形成脉冲前
沿、后沿频率不同的现象，宛如鸟儿发出的不同声音。下列说法正确的是（ ）
A．展宽过程使脉冲各频率分量的频率都变小
B．在传播方向上，“啁啾”脉冲前沿频率低于后沿频率
C．若激光脉冲能量约为1J，则其峰值功率一定不能达到1015W量级
D．通过“啁啾激光脉冲放大技术”获得的激光脉冲与种子激光脉冲能量几乎相同
12. 隐身飞机通过运用多种隐形技术降低飞机的信息特征，使雷达难以发现、识别、跟踪和攻击。飞机隐身途径主要有两种：一是改变飞机的外形和结构，减小回波，二是飞机表面采
用能吸收雷达波的涂敷材料。
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此
可获得目标至电磁波发射点的距离、方位、高度等信息。常规雷达采用波长为 0.01m﹣0.1m之
间的厘米波，隐身飞机在常规雷达反射的能量几乎与一只麻雀反射的能量相同，因此在常规雷
达的屏幕上看不到隐身飞机的回波。而米波雷达采用波长为1m﹣10m之间的米波，与隐身飞机
的外形尺寸相匹配，从而发生谐振，大大增强了飞机回波信号的能量，从而使飞机的隐身效果
下降。下列说法正确的是（ ）
A．米波不能产生偏振现象
B．米波的频率约为厘米波频率的10倍
C．米波的传播速度小于厘米波的传播速度
D．常规雷达比米波雷达的分辨率更高
