高中人教物理選擇性必修一第4章 5 光的衍射 6 光的偏振 激光選擇性必修第一冊講義_第1頁
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1、5光的衍射6光的偏振激光學習目標:1.物理觀念觀察光的衍射現(xiàn)象,認識衍射條紋的特點2.物理觀念觀察光的偏振現(xiàn)象,知道光是橫波3.科學思維知道產(chǎn)生明顯衍射的條件4.科學態(tài)度與責任知道自然光和偏振光的區(qū)別,知道偏振現(xiàn)象的應用 閱讀第5節(jié)教材,回答第98頁“問題”并梳理必要知識點教材第98頁“問題”提示:因為光的波長太小,可見光的波長大約在107 m這個數(shù)量級上,日常生活中的孔(縫)或障礙物的尺寸要遠大于這個數(shù)量級,光不能發(fā)生明顯衍射,所以我們觀察不到光的明顯衍射;光在沒有障礙物的均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的,在障礙物的尺寸比光的波長大得多的情況下衍射現(xiàn)象不明顯,也可以認為光是沿直線傳播的一、光的衍射1

2、定義:光通過很小的狹縫(或圓孔)時,明顯地偏離了直線傳播的方向,在屏上應該出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)明條紋或亮斑,應該屬于亮區(qū)的地方也會出現(xiàn)暗條紋或暗斑的現(xiàn)象2衍射圖樣:衍射時產(chǎn)生的明暗條紋或光環(huán)3單縫衍射:單色光通過狹縫時,在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋,中央為亮條紋,中央條紋最寬最亮,其余條紋變窄變暗;白光通過狹縫時,在屏上出現(xiàn)彩色條紋,中央為白條紋4圓孔衍射:光通過小孔時(孔很小)在屏幕上會出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)5衍射光柵(1)結(jié)構由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學儀器(2)衍射圖樣特點與單縫衍射相比,衍射條紋的寬度變窄,亮度增加 閱讀第6節(jié)教材,回答第102頁“問題”并梳理知識點教材第102頁問

3、題提示:立體電影放映時通過兩臺放映機,同步放映兩組膠片,每臺放映機前都安裝一塊偏振片,放映機放出的光通過偏振片后成了偏振光左右兩架放映機前的偏振片的透振方向互相垂直,因而產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直這兩束光投射到銀幕上再反射到觀眾眼里,偏振方向不變觀眾用上述的偏振眼鏡觀看,就會產(chǎn)生立體感,若不帶上述眼鏡,則看到銀幕上的畫面就會出現(xiàn)重影而模糊不清二、光的偏振偏振現(xiàn)象只有沿偏振片的“透振方向”振動的光波才能通過偏振片結(jié)論偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波偏振光的形成(1)自然光通過偏振片后得到偏振光(2)自然光在介質(zhì)表面反射時,反射光和折射光都是偏振光偏振現(xiàn)象的應用(1)把偏振片裝在照相機鏡頭前(2

4、)電子表的液晶顯示1思考判斷(正確的打“”,錯誤的打“”)(1)白光通過盛水的玻璃杯,在適當?shù)慕嵌?,可看到彩色光,是光的衍射現(xiàn)象()(2)菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色,是光的折射現(xiàn)象()(3)用兩支圓柱形鉛筆并在一起,形成一個狹縫,使狹縫平行于日光燈,會看到彩色的衍射條紋()(4)凡是波都有偏振現(xiàn)象()(5)反射可以引起自然光的偏振()2(多選)在單縫衍射實驗中,下列說法正確的是()A將入射光由黃光換成綠光,衍射條紋間距變窄B使單縫寬度變小,衍射條紋間距變窄C換用波長較長的光照射,衍射條紋間距變寬D增大單縫到屏的距離,衍射條紋間距變寬ACD當單縫寬度一定時,波長越長,衍射現(xiàn)象越明顯,即光偏離直線傳播的

5、路徑越遠,條紋間距也越大,A、C正確;當光的波長一定時,單縫寬度越小,衍射現(xiàn)象越明顯,條紋間距越大,B錯誤;光的波長一定、單縫寬度也一定時,增大單縫到屏的距離,衍射條紋間距也會變寬,D正確3(多選)對于光的偏振,下列說法正確的是()A自然光通過偏振片后成為偏振光B偏振光不能再通過偏振片C如果偏振片的透振方向與偏振光的振動方向垂直,偏振光不能透過偏振片D偏振現(xiàn)象表明光是橫波ACD自然光透過偏振片后的光振動方向只沿著偏振片的透振方向,故自然光透過偏振片后變?yōu)槠窆釧選項正確;只要偏振光的振動方向與偏振片的透振方向不垂直就能通過偏振片,當兩者方向平行時,透射光強度最大,B選項錯誤;當兩者方向垂直時,

6、偏振光將不能通過偏振片,故C選項正確;偏振現(xiàn)象表明光是橫波,D選項正確光的衍射使太陽光垂直照射到一塊遮光板上,板上有可以自由收縮的正方形孔,孔的后面放置一個光屏,在正方形孔逐漸變小直到閉合的過程中,猜一猜光屏上依次可以看到的不同現(xiàn)象提示:正方形孔較大時看到正方形光斑,孔逐漸減小看到的屏上的正方形光斑由大到小,孔再減小看到圓形光斑,孔小到一定程度看到明暗相間的彩色條紋,孔閉合后屏上什么也看不到1產(chǎn)生明顯衍射的條件障礙物的尺寸可以跟光的波長相近或比光的波長還要小時能產(chǎn)生明顯的衍射對同樣的障礙物,波長越長的光,衍射現(xiàn)象越明顯;對某種波長的光,障礙物越小,衍射現(xiàn)象越明顯由于波長越長,衍射性越好,所以觀

7、察到聲波的衍射現(xiàn)象就比觀察到光波的衍射現(xiàn)象容易得多2三種不同的衍射現(xiàn)象及特點(1)單縫衍射現(xiàn)象:如圖所示,點光源S發(fā)出的光經(jīng)過單縫后照射到光屏上,若縫較寬,則光沿直線傳播,傳播到光屏上的AB區(qū)域;若縫足夠窄,則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區(qū),在AA、BB區(qū)出現(xiàn)亮暗相間的條紋,即發(fā)生了衍射現(xiàn)象單縫衍射圖樣的四個特點:a中央條紋亮而寬;b兩側(cè)亮條紋具有對稱性,亮條紋寬度逐漸變窄,亮度逐漸減弱;c波長一定時,單縫窄的中央條紋寬,條紋間距大,單縫不變時,光波波長大的中央條紋寬,條紋間距大;d白光的單縫衍射條紋中央為白色亮條紋,兩側(cè)為彩色條紋,且外側(cè)呈紅色,靠近白色亮條紋的內(nèi)側(cè)為紫色(2)圓孔衍射現(xiàn)

8、象:圓孔衍射如圖甲所示,當擋板AB上的圓孔較大時,光屏上出現(xiàn)如圖乙中a所示的情形,光沿直線傳播,無明顯衍射現(xiàn)象發(fā)生;當擋板AB上的圓孔很小時,光屏上出現(xiàn)如圖乙中b所示的衍射圖樣,出現(xiàn)亮、暗相間的圓環(huán)甲乙圓孔衍射圖樣的兩個特點單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大,外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)越向外,亮環(huán)亮度越低白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色,周圍是彩色圓環(huán)(3)泊松亮斑障礙物的衍射現(xiàn)象現(xiàn)象:各種不同形狀的障礙物也能使光發(fā)生衍射,使影的輪廓模糊不清若在單色光傳播途中,放一個較小的圓形障礙物,會發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個亮斑,這就是著名的泊松亮斑,如圖乙中c所示障礙物的衍射圖樣的特點圓形陰影中心有一亮斑

9、,圓板陰影的邊緣是模糊的,在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別【例1】(多選)對于光的衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是()A只有障礙物或孔的尺寸可以跟光波波長相比,甚至比波長還要小的時候,才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象B衍射現(xiàn)象是光特有的現(xiàn)象,只有光才會發(fā)生衍射C光的衍射現(xiàn)象否定了光沿直線傳播的結(jié)論D光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性思路點撥:通過衍射現(xiàn)象可知光具有波動性AD光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象無疑說明了光具有波動性,在障礙物的尺寸可以跟光的波長相比,甚至比光的波長還小的時候,衍射現(xiàn)象比較明顯,只有在光的波長比障礙物的尺寸小的情況下,光才可以看成是沿直線傳播的,所以光的衍射現(xiàn)象和光沿直

10、線傳播是不矛盾的,它們是光在不同條件下產(chǎn)生的兩種現(xiàn)象,衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象,故正確的選項是A、D.對衍射現(xiàn)象的理解(1)衍射現(xiàn)象是否明顯方面:入射光波長越大,障礙物、小孔和狹縫的尺寸越小,衍射現(xiàn)象越明顯(2)衍射條紋的亮度方面:小孔和狹縫的尺寸越小,衍射條紋的亮度越小eq o(跟進訓練)1用單色光分別通過小圓盤與小圓孔做衍射實驗時,在光屏上得到衍射圖樣,它們的特點是()A用前者做實驗時中央是暗的,用后者做實驗時中央是亮的B用前者做實驗時中央是亮的,用后者做實驗時中央是暗的C中央均為亮點的同心圓形條紋D中央均為暗點的同心圓形條紋 C前者為障礙物小圓盤的衍射,障礙物后的陰影中央是一個亮斑,這就是

11、著名的泊松亮斑,是光繞過盤的邊緣后在中央疊加后形成的,在亮斑的周圍有一個大的影區(qū),在影區(qū)的邊沿有明暗相間的圓環(huán)圓孔衍射形成的圖樣是明暗相間的同心圓環(huán),中央是明亮的單縫衍射和雙縫干涉的比較單縫衍射與雙縫干涉的比較名稱項目單縫衍射雙縫干涉不同點產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小,任何光都能發(fā)生頻率相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等,中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度中央條紋最亮,兩邊變暗條紋清晰,亮度基本相等 相同點成因都有明暗相間的條紋,條紋都是光波疊加時加強或削弱的結(jié)果意義都是波特有的現(xiàn)象,表明光是一種波【例2】(多選)如圖所示的四種明暗相間的條紋,是紅光、紫光分別

12、通過同一個雙縫干涉儀形成的干涉圖樣和通過同一個單縫形成的衍射圖樣圖中黑色部分代表亮條紋,下列四幅圖中由紅光形成的圖樣是()AD雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋,所有條紋寬度相同且等間距,故A、C是雙縫干涉圖樣,根據(jù)雙縫干涉條紋間距xeq f(L,d)可知波長越大,x越大,故A選項是紅光的干涉圖樣,C選項是紫光的干涉圖樣;單縫衍射條紋中間明亮且寬度大,越向兩側(cè)寬度越小越暗,且波長越大,中央亮條紋就越寬,故B選項是紫光單縫衍射圖樣,D選項為紅光單縫衍射圖樣綜上所述,選項A、D是紅光形成的圖樣區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法1根據(jù)條紋的寬度區(qū)分:雙縫干涉的條紋是等寬的,條紋間的距離也是相等的;

13、而單縫衍射的條紋,中央亮條紋最寬,兩側(cè)的條紋變窄.2根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分:雙縫干涉條紋,從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很??;而單縫衍射條紋中央亮紋最亮,兩側(cè)的亮紋逐漸變暗.eq o(跟進訓練)2如圖甲、乙所示,是單色光通過窄縫后形成明暗相間的兩種條紋圖樣_為單縫衍射的圖樣,_為雙縫干涉的圖樣解析甲圖中的條紋寬度不等,中央寬,兩側(cè)窄,應為單縫衍射圖樣乙圖中的條紋等寬等距,應為雙縫干涉圖樣【答案】甲乙光的偏振1.橫波、縱波的判斷方法直接看質(zhì)點的振動方向與傳播方向的關系若互相垂直為橫波;若在同一直線上為縱波這種方法適用于看得見質(zhì)點振動方向的機械波2偏振片偏振片由特定的材料制成,每個偏振片都有一個特定的方向

14、,只有沿著這個方向振動的光波才能完全通過偏振片,這個方向叫作透振方向偏振片對光波的作用就像狹縫對機械波的作用一樣3自然光和偏振光的比較自然光偏振光成因從光源(如太陽、電燈等)直接發(fā)出的光自然光通過偏振片后就變成了偏振光,反射光、折射光均為偏振光振動方向在垂直于傳播方向的平面內(nèi),沿著各個方向振動在垂直于傳播方向的平面內(nèi),并且只有一個振動方向經(jīng)偏振片后現(xiàn)象比較如上圖所示,通過偏振片后,自然光就變成了偏振光,轉(zhuǎn)動偏振片,偏振光的亮度不變,但偏振方向隨之變化如上圖所示,偏振光經(jīng)偏振片后,若偏振方向與透振方向平行,屏亮;若垂直,則屏暗;若介于兩者之間,則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增

15、大而變暗【例3】(多選)在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個偏振片P和Q,在Q的后邊放上光屏,如圖所示,則下列說法不正確的是()AQ不動,旋轉(zhuǎn)偏振片P,屏上光的亮度不變BQ不動,旋轉(zhuǎn)偏振片P,屏上光的亮度時強時弱CP不動,旋轉(zhuǎn)偏振片Q,屏上光的亮度不變DP不動,旋轉(zhuǎn)偏振片Q,屏上光的亮度時強時弱ACP是起偏器,它的作用是把太陽光(自然光)轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆?,該偏振光的振動方向與P的透振方向一致,所以當Q與P的透振方向平行時,通過Q的光強最大;當Q與P的透振方向垂直時通過Q的光強最小,即無論旋轉(zhuǎn)P或Q,屏上的光強都是時強時弱,故選AC.對偏振光的理解(1)自然光通過一個偏振片成為偏振光,透射光的偏振方

16、向與偏振片的放置有關,但光的強度與偏振片的方向無關(2)偏振光通過偏振片時,透光的強度與偏振方向和偏振方向的夾角大小有關eq o(跟進訓練)3如圖所示,白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q,A點位于P、Q之間,B點位于Q右側(cè)旋轉(zhuǎn)偏振片P,A、B兩點光的強度變化情況是()AA、B均不變BA、B均有變化CA不變,B有變化DA有變化,B不變C白熾燈光是自然光,包含各個方向的光,且各個方向的光強度相等,所以旋轉(zhuǎn)偏振片P時各方向透射光強度相同,故A點光的強度不變;白熾燈光經(jīng)偏振片P后為偏振光,此時只有偏振片Q與P的偏振方向一致時偏振光才能完全透過Q,因此在旋轉(zhuǎn)P時B點的光強有變化,選項C正確1物理觀念:

17、光的衍射、衍射條件、光的偏振2科學思維:比較法理解單縫衍射和雙縫干涉3科學探究:探究產(chǎn)生明顯衍射的條件1(多選)對衍射現(xiàn)象的定性分析,正確的是()A光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象B衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果C光的衍射現(xiàn)象為光的波動說提供了有力的證據(jù)D光的衍射現(xiàn)象完全否定了光的直線傳播結(jié)論ABC衍射現(xiàn)象是波繞過障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象,衍射條紋是波的疊加的結(jié)果,干涉、衍射是一切波所具有的特性,所以選項A、B、C正確;光的直線傳播只是近似的,只有在光的波長比障礙物尺寸小得多的情況下,光才被看作是沿直線傳播的,所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的,所以選項D錯誤2(多選)關于自然

18、光和偏振光,以下說法正確的是()A自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,但是沿各個方向振動的光波的強度可以不同B偏振光是垂直于傳播方向上,只沿著某一特定方向振動的光C自然光透過一個偏振片后就成為偏振光,偏振光經(jīng)過一個偏振片后又還原為自然光D太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光BD自然光沿各振動方向的光波的強度相同,A錯誤;偏振光在垂直于傳播方向上,只沿某一特定方向振動,B正確;自然光透過偏振片后成為偏振光,偏振光透過偏振片后不能還原為自然光,C錯誤;太陽、電燈等普通光源發(fā)出的是自然光,D正確3(多選)下列情況中能產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的是()A光的波長比孔或障礙物的尺寸大得多B光的波長與孔或障礙物的尺寸可相比C光的波長等于孔或障礙物的尺寸大小D光的波長比孔或障礙物的尺寸小得多E用紅光做實驗時未觀察到明顯的衍射現(xiàn)象,現(xiàn)用綠光替代紅光做實驗ABC發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物、縫、孔的尺寸與光的波長差不多或更小4(多選)如圖所示,電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B,人眼在P處迎著入射光方向,看不到光亮,則()A圖中a光為偏振光B圖中b光為偏振光C以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180后,在P處將看到光亮D以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90后,在P處將看到光亮E以SP為軸將A轉(zhuǎn)過90后,在P處將看到光亮BDE該題考查了對自然光

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