物理：鲁科版 选修3-4 第5章 光的干涉 衍射 偏振 (章综合)

高中鲁科版物理新选修3-4 第五章光的干涉、衍射偏振章节练习一、单选题1.在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是()A. 减弱反射光，从而使景物的像清晰B. 增强反射光，从而使景物的像清晰C. 增强透射光，从而使景物的像清晰D. 减弱透射光，从而使景物的像清晰2.以下说法中正确的是（）A. 对于同一障碍物，波长越长的光越容易绕过去B. 白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象C. 红光由空气进入水中，波长变长、颜色不变D. 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的衍射3.关于自然光和偏振光，下列观点正确的是()A. 自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能B. 只有自然光透过偏振片才能获得偏振光C. 自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光D. 自然光和偏振光都能使感光底片感光4.下列说法正确的是（）A. 自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能获得偏振光B. 只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高C. 全息照片往往用激光拍摄，主要是利用了激光的高相干性D. 将两个固有频率相同的音叉稍稍间隔一点距离并列放置，敲击其中一个音叉后用手将它按住，让它停止振动，却能听到未被敲击的音叉发出声音，这是声波的干涉现象5.在做双缝干涉实验时，常用激光光源，这主要是应用激光的（）A. 相干性好B. 反射性好C. 亮度高的特性D. 平行性好6.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（）A. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的衍射现象B. 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C. 在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象D. 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象7.有关偏振和偏振光的下列说法中，正确的有( )A. 只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振B. 只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振C. 自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光D. 除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光8.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．点燃酒精灯并在灯芯上洒些盐，竖立着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．下面说法正确的是（）A. 当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°B. 当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°C. 当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°D. 干涉条纹保持原来状态不变二、填空题9.如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用长更________（填长、短）的单色光，或是使双缝与光屏间的距离________（填增大、减小）．10.一束激光以入射角i=30°照射液面，其反射光在固定的水平光屏上形成光斑B ，如图所示，如果反射光斑位置向右移动了2cm ，说明液面________．11.在图中，A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图样，其中图A是光的________（填“干涉”或“衍射”）图样．由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径________（填“大于”或“小于”）图B所对应的圆孔的孔径．12.如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定一束激光AO以入射角i照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度．如果发现光点在屏上向右移动了s的距离射到B′点，由此可知液面降低了________．三、综合题13.如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？说明理由（1）在单色自然光源S后加一偏振片P ．（2）在(1)情况下，再加P1、P2，P1与P2透振方向垂直．14.如图所示的4种明暗相间的条纹，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（黑色部分表示亮纹）．则在下面的四个图中说明：（1）干涉图样的是________（填A ．B ．C ．D）（2）衍射图样的是________（填A ．B ．C ．D）（3）从左到右的色光ABCD顺序是________．四、实验探究题15.用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件（其中双缝和光屏连在遮光筒上）：A．白炽灯B．单缝片C．光屏D．双缝E．滤光片（1）把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：________；（2）在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距△x1与绿光的干涉条纹间距△x2相比，△x1________△x2（填“＞”、“=”或“＜”）．若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第l条到第6条亮条纹中心问的距离为10.5mm，则双缝之间的距离为________mm．五、解答题16.五一期间，有同学准备观看3D电影《泰坦尼克号》，观看3D电影时观众必须带上特殊的眼镜才能获得最佳观赏效果，这种眼镜是利用了光的什么原理？答案解析部分一、单选题1.【答案】A【解析】【解答】当偏振片的方向与偏振光的方向平行时，允许偏振光通过，当它们相互垂直时，偏振光不能通过，拍摄日落时水下景物时为了使照片清楚，则要过滤掉水面的反射光，所以让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，从而减弱反射光，使景物的像清晰．故A正确，BCD错误．【分析】在照相机镜头前装上一个偏振滤光片，利用光的偏振原理，当偏振片的方向与偏振光的方向平行时，允许偏振光通过，当它们相互垂直时，偏振光不能通过．拍摄日落时水下景物时为了使照片清楚，则要过滤掉水面的反射光，所以让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直。

第4节激光与全息照相思维激活在许多不同的领域和场合,你一定接触或听说过“激光”这一神奇之光,那么,激光到底是什么样的光,它为什么有这么大的用途?提示:激光技术的出现到现在不过五十年的时间,它的出现不仅使光学焕发新的青春和活力,而且对整个科学技术的发展起到了重大的促进作用.为什么激光有这么大的影响力?这和它的特殊性能是分不开的:异常高的亮度——这是激光与普通光源的最根本区别,其单色性好、方向性强而且便于控制.激光技术已经广泛地应用到通讯、军事、工农业生产、医疗卫生、生活娱乐等各方面.激光的用途很广,各国科学家正致力于这方面的研究,相信不远的将来,激光会有更大的用武之地.自主整理一、激光及其特性1.激光是___________________产生的光,是20世纪最重大的科学发现之一.2.激光的三大特点分别是:____________、____________、____________.二、激光的应用激光诞生后的最重大应用是____________,它是应用激光的____________来实现的,这是因为激光具有____________的特点,是很好的相干光源.高手笔记激光的特性及用途:(1)激光是原子受激辐射产生的光,频率相同,单色性好,是一种人工产生的相干光,具有高度的相干性.它能像无线电波那样进行调制,用来传递信息;记录和再现全息照相是通过激光来实现的.(2)激光的方向性强,也就是平行度非常好,可以用来精确地测距、用来刻制光盘及读出光盘上记录的信息.(3)激光的亮度高,可以用来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔.1.激光为什么是相干光?而普通灯泡发出的光不是相干光?剖析:激光是从物质的原子中发出来的,原子获得能量后,处于不稳定状态,它会以光子的形式把能量辐射出去.但是,普通光源——灯泡,灯丝中的每个原子在什么时刻发光,朝哪个方向发光,都是不确定的,发光的频率也不一样.这样的光在叠加时,一会儿在空间的某点加强,一会儿又在这点削弱,不能形成稳定的亮区和暗区,所以不能发生干涉,因而是非相干光.激光的光源原子发生受激辐射时,发出的光子的频率、发射方向,都跟入射光子完全一样.能产生稳定的干涉图样,是相干光.2.激光有哪些方面的应用?剖析:(1)利用单色性、相干性:拍频技术(可精密测定各种移动、转动和振动速度)、激光地震仪、精密导航、光纤通信、全息照片、工业探伤、激光全息摄影等. (2)利用方向性强、亮度高:测距、激光雷达、读取VCD机、CD唱机和计算机的光盘、切割金属、打孔、医学上切除肿瘤等.(3)利用亮度高:军事上的激光炮弹、医疗上的激光手术等.讲练互动【例题1】下列说法正确的是（）A.两支铅笔靠在一起,自然光从笔缝中通过后就成了偏振光B.偏振光可以是横波,也可以是纵波C.因为激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象D.激光可以像刀子一样切除肿瘤解析：两支普通铅笔靠在一起,中间的缝远远地大于光的波长,因此,光从中通过时不会成为偏振光;光是横波,偏振光也是横波;激光也是光,因此激光就具有光波的特性,能够发生衍射现象;激光有很多用途,其中可用来做手术,切除肿瘤.答案：D绿色通道激光是一种特殊的光,光的一切规律都可以直接应用于激光.1.下列应用激光的事例中错误的是（ ）A.利用激光进行长距离精确测量B.利用激光进行通信C.利用激光进行室内照明D.利用激光加工坚硬材料解析:激光的单向性好,不利于室内照明,并且大功率的激光要靠专门的激光器产生,成本太高,且由于激光的能量集中,会对人体产生伤害,因此选项C 所述应用是错误的.其他三个选项的应用都很好地应用了激光的方向性强、单色性好、亮度高的特性. 答案:C【例题2】一台激光器,它的功率为P,如果它发射出的单色光在空气中的波长为λ,则这束单色光的频率是__________,它在时间t 内辐射的光能为____________,如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v,那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为_________.解析：根据v=λf 可得这束单色光的频率f=c/v;激光器的时间t 内所做的功W=Pt 转化为光能;这束单色光对该介质的折射率n=c/v,设它从该介质射向真空发生全反射的临界角为C,则sinC=1/n=v/c,所以C=arcsin(v/c). 答案：c Pt arcsin(v/c) 绿色通道这道题虽以激光为命题背景,但解题的根据仍然是前面所学过的光学规律. 变式训练2.一束激光从空气射入玻璃中,则其（ ）A.频率不变,波长变长B.频率变大,波长不变C.频率不变,波长变短D.频率变小,波长不变解析:激光的单色性好,其频率由光源决定,与介质无关,从空气射入玻璃后,波速减小,根据λ=v/f,知波长应变短,故选C.答案:C教材链接【讨论与交流】(课本第110页)请根据自己平时对激光的了解,说说你身边熟悉的激光应用,并试着说说什么是激光,激光有哪些特性.答:激光(laser)是一种特殊的光,自然界中的发光体不能发出激光.1960年,人类在实验室里首次发射出了激光.激光具有以下几个特点:(1)激光是人工产生的相干光,其单色性好,相干性好.激光的频率比较单一,相干性非常好,颜色特别纯.用激光做衍射、干涉实验,效果很好.(2)激光束的方向性强.从激光器发出的激光具有极好的平行性,几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光.传播几千米后,激光斑扩展范围不过几厘米,而探照灯的光束将扩展到几十米范围.(3)亮度高.激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量.激光的应用,主要有以下几类:(1)光纤通信激光可以像无线电波那样进行调制,可用来传播信息,而且因为它的频率比无线电波高,所以激光携带的信息量比无线电波大.光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物.(2)激光测距因为激光的平行度好,所以传播很远的距离仍能保持一定的强度,利用这一特点,对准目标发射一个激光脉冲,测量脉冲发射和接收到反射回的脉冲的时间间隔Δt,可精确测量出距离s=21c·Δt.激光雷达就是根据这一原理制成的. (3)激光写、读由于激光的平行度好,激光可以会聚到一个很小的点上,利用激光可以在光盘上刻录密度很高的信息,也可以利用激光从VCD 机、CD 唱机或计算机的光盘上读出记录的信息,经过处理后还原成声音或图像.(4)激光加工将激光器发出的激光经光学系统聚焦后,在待加工的工件上形成密度很高、能量很大、直径很小的光斑,使受照部位迅速熔化或汽化,以完成特定要求的加工,包括切割、焊接、打孔、划片、整形、热处理和表面处理等.(5)激光手术(亦称光刀手术)利用激光器发射的激光作为手术刀进行切割、汽化等外科手术.激光手术有以下优点:①对凝固血管很有效,使不流血手术得以实现;②手术切缘锐利、平整;③由于激光手术是非接触手术,对于一些操作困难的部位实施手术尤为方便;④切割恶性肿瘤时,因激光能随时封闭毛细血管和淋巴液通道,有助于防止肿瘤细胞的扩散和转移.除激光手术外,在医疗上还可以进行激光治疗.(6)激光武器利用大能量激光器发射的激光束来攻击敌方,使被照射处形成能量、密度很高的光斑,被照射物体表面迅速熔化或汽化.激光武器具有很强的攻击力,常被称作“死光”.激光以3×108 m/s的高速出击,只要对准目标,即可命中.在射击快速运动目标时无需考虑提前量,因此特别适合用来防御快速侵袭的低空飞机、导弹以及拦截军事卫星等.而且激光发射器发射激光时反作用力很小,即使在高速飞行的飞机上使用,也几乎不影响命中率.(7)可控聚变反应中的应用科学家设想把核燃料制成小颗粒,用激光从四面八方对它进行照射,利用强激光产生的高压引起聚变,从而实现可控聚变反应.(8)全息照相全息照片的拍摄利用了光的干涉原理,要求参考光和物光具有很高的相干性,激光恰好具备这一特点.。

干涉 衍射 偏振章末归纳提升 鲁科版选修3-4光的干涉 衍射 偏振⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧光的干涉⎩⎪⎨⎪⎧杨氏双缝干涉⎩⎪⎨⎪⎧相干光波的获得方法图样特性条纹间距Δy ＝l d λ薄膜干涉⎩⎪⎨⎪⎧图样特性应用⎩⎪⎨⎪⎧检查工作表面的平整度增透膜光的衍射⎩⎪⎨⎪⎧现象⎩⎪⎨⎪⎧单缝衍射圆孔衍射衍射光栅条件光的偏振⎩⎪⎨⎪⎧偏振现象及其应用偏振片激光⎩⎪⎨⎪⎧特性：单色性好、方向性强、亮度高应用：全息照相(2010·上海高考)利用发波水槽得到的水面波形如图5－1a 、b 所示，则()图5－1A ．图a 、b 均显示了波的干涉现象B ．图a 、b 均显示了波的衍射现象C ．图a 显示了波的干涉现象，图b 显示了波的衍射现象D ．图a 显示了波的衍射现象，图b 显示了波的干涉现象【解析】 图a 中可以看出只有一条狭缝，水波发生明显的衍射；图b 中有两个振源，有些区域振动加强，有些区域振动减弱，是干涉现象．故D 项正确．【答案】 D1．如图5－2所示，在用单色光做双缝干涉实验中，若单缝S 从双缝S 1、S 2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则( )图5－2A ．不再产生干涉条纹B ．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P 的位置不变C ．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P 的位置略向上移D ．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P 的位置略向下移【解析】 本实验中单缝S 的作用是形成频率一定的线光源，双缝S 1、S 2的作用是形成相干光源．稍微移动S 后，没有改变传到双缝的光的频率，由S 1、S 2射出的仍是相干光，由单缝S 发出的光到达屏上P 点下方某点的光程差为零，故中央亮纹下移，正确选项为D.【答案】 D光是一种横波，光经过双缝时会发生双缝干涉，光经薄膜反射会发生薄膜干涉，光经过小孔或狭缝会发生衍射，光经过偏振片后的强度会发生变化，如何利用光的这些不同的特性呢？1．利用光的双缝干涉测光的波长等物理量单色光发生双缝干涉时会在屏上形成明暗相间的条纹，且条纹间距满足公式Δy ＝l dλ；若已知Δy 、l 、d 则可求λ，若已知l 、d 、λ则可求Δy.2．利用光的薄膜干涉检查薄膜厚度变化或检查工件表面是否平整，还可使光增透或增反． 在薄膜干涉图样中，同一条纹对应同一厚度的薄膜，所以条纹形状与薄膜等厚线的形状一致．3．利用单缝衍射确定缝宽单缝衍射的条纹宽度与缝宽和波长有确定的关系，根据条纹宽度变化即可确定缝宽变化情况． 4．利用偏振片改变光的强度自然光经镜面反射后的反射光为偏振光，偏振片的偏振化方向与光的偏振方向的夹角不同，透过偏振片的光强度也就不同，根据这一原理可以有效地减少反射光的影响．(2013·福州二中检测)抽制细丝时可以用激光监控其粗细，如图5－3所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则图5－3①这是利用光的干涉现象②这是利用光的衍射现象③如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了④如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了以上说法正确的是( )A ．①③B ．②④C ．①④D ．②③【解析】 高强度纤维丝直径很小，用激光监控其粗细符合光的衍射条件，是利用了光的衍射现象，②正确．观察其衍射现象，根据其衍射现象判断其粗细程度，如果屏上条纹变宽，表明衍射现象更明显了，抽制的丝变细，④正确，故选B.【答案】 B2．(2010·江苏高考)如图5－4所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7 m ，屏上P 点距双缝S 1和S 2的路程差为7.95×10－7 m ，则在这里出现的应是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)．现改用波长为6.30×10－7 m 的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将______(选填“变宽”、“变窄”或“不变”)．图5－4 【解析】 ΔS ＝7.95×10－7 m ＝1.5 λ1，所以P 点出现暗条纹，由条纹间距Δx ＝l dλ知λ变大，Δx 变大．所以条纹间距变宽．【答案】 暗条纹 变宽中国书法艺术说课教案今天我要说课的题目是中国书法艺术，下面我将从教材分析、教学方法、教学过程、课堂评价四个方面对这堂课进行设计。

用激光谱写科学传奇
他，是我国激光与光电测试技术与仪器的开创者，率先把激光技术引入我国精密测试领域，开拓了一个新的方向—激光及光电测量。

他领导建立了我国唯一的精密测试技术及仪器国家重点实验室，解决了一批我国急需解决的精密测试测量问题，为提升我国精密测试技术及仪器的水平做出了突出贡献。

他就是我国仪器科学与技术领域的著名专家叶声华院士。

半个多世纪以来，叶声华院士一直工作在激光及光电测量技术科研第一线，发展了一系列非接触、在线测量新原理新方法，取得了多项重大成果，亲身经历和见证了新中国计量事业的发展历程，书写了一段又一段科学传奇。

上个世纪60年代，叶声华开始研究激光的发光原理，材料是什么，并且一点一点地调试。

在一次调试中，叶声华终于做出来了激光，可是“噗”的一声，激光打到他的眼睛上。

医生宣布他的视网膜破裂了，可是叶声华的心里却觉得特别的高兴，做了一年多光的来回反射终于成功了。

此外，叶声华院士还将激光及光电技术引入精密测试领域，开拓了一个新的方向—激光及光电测量，先后完成了舰船“摇摆台同轴度测量与基准给定系统”、大飞机组合测量技术以及室内空间测量定位系统等一系列填补国内空白的国防重大科技项目。

叶声华院士开创性地发展了面向制造业的基于测量机器人的柔性视觉测量系统，填补了国内空白，在一汽大众、东风神龙、东风本田等企业广泛应用。

投身科研五十几年来，叶声华始终面向国民经济建设主战场和国家高科技项目进行攻关选题，始终站在世界科技前沿，在激光视觉检测、激光衍射测量、激光准直技术、柔性在线自动测量及大尺度精密测量技术等方面取得了一系列高水平的研究成果。

叶声华说：“科研工作最重要的是创新，不创新不叫科研。

”。