物理人教版选修3-4自主练习：第十三章 5.光的衍射含解析

会远远超过沿直线传播所应照亮的区域．
②衍射图样的特点
较大 亮斑． 圆形 条纹，中央为______ 明暗相间的_______
(3)泊松亮斑——障碍物的衍射 ①现象 用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现 一个亮斑．
②衍射图样特点
亮点 ，与小孔衍射图样有明显区别． 圆形阴影中心有______
两个“狭缝”的为纵波，不能通过的为横波．
2．自然光和偏振光
偏振光 光的 自然光通过起偏器后 直接从光源发出的光 来源 的光 在垂直于光的传播方向 在垂直于光的传播方 光的 的平面内，光振动沿所 向的平面内，光振动 振动 有方向，且沿各个方向 沿某一特定方向(与起 方向 偏器透振方向一致) 振动的光强度都相同 特别提醒：(1)偏振现象在生活中非常普遍，并不是只有自然光 通过偏振片后才变为偏振光，生活中除光源直接发出的光外， 我们看到的绝大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的反 射和折射光线，尤其是二者互相垂直时，都是典型的偏振光． (2)只有横波能发生偏振现象，光是横当光在透过足够窄的狭缝时，会绕过缝的边缘传播到相当宽 的地方．
②衍射条纹的特点
最宽、最亮 ，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越 中央条纹____________ 小 ．狭缝越窄，中央亮条纹越____ 宽 ． 窄，亮度越_____ (2)圆孔衍射 ①现象
用点光源照射直径足够小的圆孔时，在屏上光能到达的范围
第十三章
光
第五节
第六节
光的衍射
光的偏振
学习目标 1.认识光的衍射现象和偏振现象，知道光波是一种横波. 2．知道光产生明显衍射的条件及衍射图样的特点． 3．知道偏振光和自然光的区别，知道偏振现象的一些简 单应用．
新知初探自主学习
一、光的衍射 1．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小 或跟波长差不多． 2．几种不同的衍射现象 (1)单缝衍射 ①现象 宽 时，在屏上产生一条 用平行单色光照射狭缝，当狭缝较___ 宽度与狭缝相当的亮线． 窄 时，屏上出现的亮线尽管亮度变暗，但 当狭缝调至足够___

第5、6节光的衍射__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．衍射图像：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。

二、衍射光栅1．衍射光栅的结构由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器。

2．衍射图样的特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。

3．衍射光栅的种类反射光栅、透射光栅。

三、光的偏振1．横波与纵波的特点横波中各点的振动方向总与波的传播方向垂直。

纵波中，各点的振动方向总与波的传1.衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。

2．白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，两侧为彩色条纹，外侧呈红色，靠近白色亮纹的内侧为紫色。

3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。

播方向在同一直线上。

横波有偏振现象。

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，沿着各个方向振动的光波的强度都相同。

(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。

3．光的偏振偏振现象只有沿偏振片的“透射方向”振动的光波才能通过偏振片结论偏振现象表明，光是一种横波偏振光的形成①自然光通过偏振片后，得到偏振光②自然光在介质表面反射时，反射光和折射光都是偏振光偏振现象的应用①把偏振片装在照相机镜头前②电子表的液晶显示1．自主思考——判一判(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。

第十三章第五节光的衍射基础夯实一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)1．如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样( B )解析：由泊松亮斑衍射图样特点可判选项B正确。

2．观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，看到的现象是( A )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解析：观察衍射图样发现：狭缝的宽度逐渐变小，衍射现象越明显，衍射条纹间距变大。

本题是缝宽增大，所以选项A正确。

3．在学习了光的衍射现象后，徐飞回家后自己设置了一个小实验。

在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，他在屏上看到的现象是( B )A．先是圆形亮区，最后完全黑暗B．先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗C．先是圆形亮环，最后完全黑暗D．先是圆环亮环，然后圆形亮区，最后完全黑暗解析：在圆孔由大到小调节过程中，当孔较大时，光沿直线传播，在屏上得到圆形亮斑；当孔的直径减小到与光波的波长相近时，产生光的衍射现象，屏上将出现明、暗相间的亮环，当孔继续减小到完全闭合，没有光到达屏上时，屏上完全黑暗。

4．在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到( C )A．黑白相间的直条纹B．黑白相间的弧形条纹C．彩色的直条纹D．彩色弧形条纹解析：白炽灯发出的是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的衍射条纹间距不同，各单色光相互叠加，成为彩色直条纹。

5．关于衍射，下列说法正确的是( AB )A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B．双缝干涉中也存在衍射现象C．一切波都很容易发生明显的衍射现象D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实解析：衍射图样是复杂的光波的叠加现象，双缝干涉中光通过二个狭缝时均发生衍射现象，一般现象中既有干涉又有衍射。

绝密★启用前2020年秋人教版高中物理选修3-4第十三章光测试本试卷共100分，考试时间120分钟。

一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)1.关于双缝干涉实验，若用白光作光源照射双缝，以下说法不正确的是()A．屏上会出现彩色干涉条纹，因为白光是由波长不同的各种颜色的光组成的B．当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时，屏上将出现宽度不同、中间是白色条纹的彩色衍射条纹C．将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时，屏上有亮光，但一定不是干涉条纹D．将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时，屏上无亮光2.用黄光照射一不透明的圆板时，在圆板的背影中恰能观察到一黄色光斑，若用红色光、绿色光和紫色光分别照射圆板能够观察到更明显光斑的是( )A．只有红色光B．只有紫色光C．只有红色光和紫色光D．三种色光都能3.如图所示，已知介质Ⅰ为空气，介质Ⅱ的折射率为，则下列说法中正确的是()A．光线A，b都不能发生全反射B．光线A，b都能发生全反射C．光线a发生全反射，光线b不发生全反射D．光线a不发生全反射，光线b发生全反射4.人隔着墙说话，能听见声音而看不见人，下列说法中解释正确的是( )A．光波是电磁波，而声波是纵波B．光波是横波，而声波是机械波C．光速太大D．声波波长大，光波波长小5.两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2，已知θ1＞θ2。

用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度，则()A． n1<n2，v1<v2B． n1<n2，v1>v2C． n1>n2，v1<v2D． n1>n2，v1>v26.对“测定玻璃折射率”的实验中的一些问题，几个同学发生了争论，他们的意见如下，其中哪些选项是错误的 ()A．为了提高测量的精确度，P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大一些B．为了提高测理的精确度，入射角应适当大一些C．P1、P2之间的距离的大小及入射角的大小跟测量的精确度无关D．如果入射角太大，则反射光过强，折射光过弱，不易观察7.光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．以下关于光导纤维的说法正确的是()A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用8.如图所示，由两种单色光混合而成的一复色光线射向一块半圆柱形玻璃砖圆心O，经折射后分别沿Oa和Ob射出玻璃砖．下列说法正确的是()A．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率B．在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度C．在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失9.德国的一个研究小组制造出了一种对可见光具有负折射率的奇异材料．普通材料遵循光的折射定律，其折射率始终为正值，而这种奇异材料的折射率却为负值．当光从真空射入这种奇异材料，发生折射现象，你认为下图中哪个是正确的()A． B． C． D．10.如图所示，p、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成的一个长方体．某单色光沿与P的上表面成θ角的方向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面．已知材料的折射率n p<n Q，则下列说法正确的是()A．从Q的下表面射出的光线一定与入射到p的上表面的光线在同一条直线上B．从Q的下表面射出的光线一定与入射到p的上表面的光线平行C．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于θD．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于θ二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)11.(多选)如图所示，P是偏振片(用实线表示透振方向)为竖直方向，下列四种光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光()A．太阳光B．沿竖直方向振动的光C．沿水平方向振动的光D．沿与竖直方向成45°角振动的光12.（多选）下列事例哪些应用了光的全反射现象（）A．光导纤维通讯B．用三棱镜观察太阳光谱C．某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°D．用白光照肥皂膜看到彩色条纹13.(多选)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光．为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有(已知λ红＞λ黄＞λ蓝)()A．改用红光作为入射光B．改用蓝光作为入射光C．增大双缝到屏的距离D．增大双缝之间的距离14.(多选)以下现象中是由于光的全反射形成的是()A．将空玻璃试管插入水中看上去比充满水的试管要亮得多B．夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯C．夏天，海面上出现的海市蜃楼D．在炎热的夏天，向远处的柏油马路看去，路面特别明亮光滑，像用水淋过一样三、实验题(共1小题,每小题10.0分,共10分)15.在“测定玻璃折射率”的实验中(1)操作步骤如下：①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，过aa′上的O点画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐．③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像．调整视线方向，直到P1的像被P2的像挡住．再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，记下P3、P4的位置．④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中．上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是___________________________________________________________________________________________________________.(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sinθ1－sinθ2的图象如图所示，则下列说法正确的是________．A．实验时，光线是由空气射入玻璃B．实验时，光线是由玻璃射入空气C．玻璃的折射率为0.67D．玻璃的折射率为1.5四、计算题(共3小题,每小题10.0分,共30分)16.如图所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成．一束频率为5.3×1014Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角α＝60°.已知光在真空中的速度c＝3×108m/s，玻璃的折射率n＝1.5，求：(1)这束入射光线的入射角的正弦值多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？17.为从军事工事内部观察到外面的目标，在工事壁上开一长方形孔．设工事壁厚d＝34.64 cm，孔的宽度L＝20 cm，孔内嵌入折射率n＝的玻璃砖如图10所示，试问：(1)嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少？(2)要想使外界180°范围内景物全被观察到，应嵌入多大折射率的玻璃砖？18.如图所示，模截面为直角三角形的玻璃砖ABC，AC边长为L，∠B＝30°.两条同种色光的光线P、Q，从AC边中点射入玻璃砖，其中光线P垂直AC边，光线Q与AC边夹角为45°.发现光线Q第一次到达BC边后垂直BC边射出，已知真空中的光速为c.求：(1)玻璃砖的折射率．(2)光线P由进入玻璃砖到第一次从BC边射出经过的时间．答案解析1.【答案】D【解析】若用白光作光源照射双缝，由于白光是由波长不同的各种颜色的光组成的，相同的色光发生干涉，在光屏上出现彩色干涉条纹．故A正确．当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时，相当于白光照射单缝，将出现彩色的衍射条纹，白光照射产生衍射条纹的特点是中央是白色，两边是宽度不等的彩色条纹．故B正确．将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时，由于黄光和蓝光不能产生干涉，所以屏上有两光，但不是干涉条纹．故C正确，D错误．本题选错误的，故选D.2.【答案】A【解析】在圆板的背影中恰能观察到一黄色光斑，说明黄色光恰好发生明显的衍射．根据发生明显衍射的条件，只有波长大于黄色光波长的色光才能发生更明显的衍射，故A正确，B、C、D均错．3.【答案】A【解析】根据发生全反射的条件，光从光密介质射到光疏介质中时，介质Ⅱ对空气Ⅰ来说是光密介质，所以光线b可能发生全反射，临界角为：sinC＝＝，C＝45°注意图中光线b与界面的夹角60°，而此时的入射角为30°＜45°，故光线b也不能发生全反射，故正确选项为A.4.【答案】D【解析】由于声波的波长大，远大于一般障碍物的尺寸，能够发生明显的衍射现象，因此墙另一边的人能听到声音，而光波的波长小，远小于一般障碍物的尺寸，不能发生明显的衍射现象，因此只闻其声，不见其人.D正确.5.【答案】B【解析】由临界角定义sinC＝可知，临界角小，折射率大，因为θ1＞θ2，所以n1＜n2，故选C，D是错误的；由n＝知，n1v1＝n2v2，v1＞v2，故选项A错误而B正确。