光的衍射、偏振、色散、激光
【学习目标】
1．了解光的衍射现象及观察方法． 2．理解光产生衍射的条件．
3．知道几种不同衍射现象的图样．
5．知道振动中的偏振现象，偏振是横波特有的性质． 6．明显偏振光和自然光的区别．
7．知道光的偏振现象及偏振光的应用． 8．知道光的色散、光的颜色及光谱的概念． 9．理解薄膜干涉的原理并能解释一些现象．
10．知道激光和自然光的区别． 11．了解激光的特点和应用．
【要点梳理】 要点一、光的衍射 1．光的衍射现象
当单色光通过很窄的缝或很小的孔时，光离开了直线路径，绕到障碍物的阴影里去，光所达到的范围会远远超过它沿直线传播所应照明的区域，形成明暗相间的条纹或光环． 2．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，所以要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． 3．三种衍射现象和图样特征 (1)单缝衍射． ①单缝衍射现象．
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，则光沿着直线传播，传播到光屏上的AB 区域；若缝足够窄，则光的传播不再沿直线传播，而是传到几何阴影区，在AA BB ''、区还出现亮暗相间的条纹，即发生衍射现象．
要点诠释：衍射是波特有的一种现象，只是有的明显，有的不明显而已． ②图样特征．
单缝衍射条纹分布是不均匀的，中央亮条纹与邻边的亮条纹相比有明显的不同：用单色光照射单缝时，光屏上出现亮、暗相间的衍射条纹，中央条纹宽度大，亮度也大，如图所示，与干涉条纹有区别．用白光照射单缝时，中间是白色亮条纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的是红光．
(2)圆孔衍射．
①圆孔衍射的现象．
如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙中所示的情形，无衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图丙中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．
②图样特征．
衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是亮、暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小，用不同的光照射时所得图样也有所不同，如果用单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环．如果用白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．
(3)圆板衍射．
在1818年，法国物理学家菲涅耳提出波动理论时，著名的数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出圆板后面的中央应出现一个亮斑，这看起来是一个荒谬的结论，于是在同年，泊松在巴黎科学院宣称他推翻了菲涅耳的波动理论，并把这一结果当作菲涅耳的谬误提了出来但有人做了相应的实验，发现在圆板阴影的中央确实出现了一个亮斑，这充分证明了菲涅耳理论的正确性，后人把这个亮斑就叫泊松亮斑．
小圆板衍射图样的中央有个亮斑——泊松亮斑，图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小．
4．衍射光栅
(1)构成：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
(2)特点：它产生的条纹分辨程度高，便于测量．
(3)种类：⎧
⎨
⎩
透射光栅反射光栅
．
5．衍射现象与干涉现象的比较
种类
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 各相邻条纹间不等 各相邻条纹等间距 亮度 中央条纹最亮，两边变暗
清晰条纹，亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
6．三种衍射图样的比较
如图所示是光经狭缝、小孔、小圆屏产生的衍射图样的照片．由图可见：
(1)光经不同形状的障碍物产生的衍射图样的形状是不同的． (2)衍射条纹的间距不等．
(3)仔细比较乙图和丙图可以发现小孔衍射图样和小圆屏衍射图样的区别：①小圆屏衍射图样的中央有个亮斑——著名的“泊松亮斑”；②小圆屏衍射图样中亮环或暗环间距随着半径的增大而减小，而圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大；③乙图背景是黑暗的，丙图背景是明亮的．
要点二、光的偏振 1．光是横波
光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，但不能由此确定光究竟是横波还是纵波．
要点诠释：电磁波是横波，电磁波中的电场强度E 和磁感应强度B 都与波的传播方向垂直．既然光是电磁波，也应该是横波，光的作用主要是由其电场强度E 引起的． 2．偏振现象
(1)狭缝对横波、纵波的影响：
如果在波的传播方向上放一带狭缝的木板，不管狭缝方向如何，纵波都能自由通过狭缝；对横波，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能毫无阻碍地通过狭缝；当狭缝的方向与质点的振动方向垂直时，横波就不能通过狭缝，这种现象叫做横波的偏振．如图所示．
(2)横波独有的特征：
偏振现象是横波所特有的，故利用偏振现象可判断一列波是横波或是纵波．
(3)光的偏振现象说明光波是横波．
3．自然光和偏振光
(1)自然光：
从普通光源直接发出的自然光是无数偏振光的无规则集合，所以直接观察时不能发现光强偏向哪一个方向．这种沿着各个方向振动的光波强度都相同的光叫自然光．
自然光介绍：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着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。如图所示。
要点诠释：偏振片是由特殊材料制成的，其“狭缝”用肉眼不能看见，它只允许振动方向与“狭缝”平行的光波通过．通过偏振片后，自然光就变成了偏振光．如图所示，普通光源S发出的光经过偏振片时，后面的光屏是明亮的，说明光透过了偏振片，若转动偏振片，光屏上亮度不变，说明透过光的强度不变，由此可知，自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同．
(2)偏振光：
只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光．如经过偏振片后的自然光．若偏振光再经过一个偏振片后，情况会怎样呢？如图1所示，当两偏振片的“狭缝”平行时，光屏上仍有亮光．当两偏振片的“狭缝”相互垂直时，透射光的强度几乎为零，光屏上是暗的．如图2所示．
结论：光是一种横波．
上面第l块偏振片叫起偏器；
第2块偏振片叫检偏器．
4．偏振光的两种产生方式
(1)让自然光通过偏振片；(2)自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90 ，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．
