【步步高】高中物理 13.513.6 光的衍射　光的偏振 選修34

第十三章光13.5-13.6光的衍射光的偏振1.知道光的衍射現(xiàn)象，知道產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.2.知道衍射條紋的特點(diǎn)，了解衍射光柵.3.知道光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波.4.知道偏振光和自然光的區(qū)別，能運(yùn)用偏振知識(shí)來解釋生活中的一些常見光學(xué)現(xiàn)象.學(xué)習(xí)目標(biāo)定位一、光的衍射唐代詩(shī)人王維的詩(shī)句“空山不見人，但聞人語響”描寫了一種常見的“聞其聲而不見其人”的物理現(xiàn)象.這種現(xiàn)象是如何形成的呢？為什么聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象而光波不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象呢？問題設(shè)計(jì)一、光的衍射答案詩(shī)句中描寫的是聲波的衍射現(xiàn)象.聲波的波長(zhǎng)較大，與日常生活中的物體可以相比，很容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，故可以隔著障礙物“聞其聲”，但光的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于日常生活中物體的尺寸，光在障礙物后形成陰影，故有“不見其人”的現(xiàn)象.要點(diǎn)提煉1.各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，即使影的輪廓.一、光的衍射模糊不清2.光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件在障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)，甚至比光的波長(zhǎng)的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象.一、光的衍射相比還小3.衍射圖樣的特點(diǎn)(1)單縫衍射圖樣的特點(diǎn)：①中央條紋.兩側(cè)亮條紋具有對(duì)稱性，亮條紋寬度逐漸，亮度逐漸.②光的波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫窄的中央條紋，各條紋間距；單縫不變時(shí)，光波波長(zhǎng)大的中央條紋，條紋間距.③白光的單縫衍射條紋是中央為，兩側(cè)為.一、光的衍射亮而寬變窄減弱寬大寬大白色亮紋彩色條紋(2)圓孔衍射圖樣的特點(diǎn)：①單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度高，外面是明暗相間的(填“等距”或“不等距”)的圓環(huán)，越向外，亮環(huán)亮度越.②白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為，周圍是圓環(huán).一、光的衍射不等距低白色彩色(3)泊松亮斑：障礙物的衍射現(xiàn)象①在單色光傳播途中，放一個(gè)較小的圓形障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個(gè)，這就是著名的泊松亮斑.②圖樣特點(diǎn)：中央是一個(gè)亮斑，圓板陰影的邊緣模糊，陰影外邊有明暗相間的圓環(huán).一、光的衍射亮斑4.衍射光柵(1)衍射圖樣的特點(diǎn)：狹縫的個(gè)數(shù)越多，衍射條紋的寬度越，亮度越；與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變，亮度.(2)衍射光柵的種類：光柵和光柵.一、光的衍射窄強(qiáng)窄增加反射透射二、單縫衍射與雙縫干涉的比較問題設(shè)計(jì)單縫衍射和雙縫干涉得到的都是明暗相間的條紋，如何區(qū)別它們？答案它們的主要區(qū)別是：?jiǎn)慰p衍射的條紋寬度不等，中央最寬，條紋間距不等；雙縫干涉的條紋寬度相等，條紋間距相等.要點(diǎn)提煉單縫衍射與雙縫干涉的比較1.不同點(diǎn)二、單縫衍射與雙縫干涉的比較(1)產(chǎn)生條件單縫衍射：只要狹縫足夠小雙縫干涉：頻率相同的兩列光波相遇疊加(2)圖樣單縫衍射的圖樣中央為最寬最亮的亮條紋，兩側(cè)亮條紋變暗變窄雙縫干涉的圖樣是亮度相同的等間距的條紋2.相同點(diǎn)(1)都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時(shí)加強(qiáng)或削弱的結(jié)果(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波.二、單縫衍射與雙縫干涉的比較三、偏振現(xiàn)象問題設(shè)計(jì)1.取一根軟繩，一端固定在墻上，手持另一端上下抖動(dòng)，軟繩上形成一列橫波，質(zhì)點(diǎn)在豎直平面內(nèi)沿著上下方向振動(dòng).如果手持繩的一端左右抖動(dòng)，會(huì)在繩上形成另一列橫波，質(zhì)點(diǎn)在水平平面內(nèi)沿著左右方向振動(dòng).三、偏振現(xiàn)象現(xiàn)在讓軟繩穿過一塊帶有狹縫的木板.分別將狹縫與振動(dòng)方向平行放置及與振動(dòng)方向垂直放置，觀察發(fā)生的現(xiàn)象(如圖1甲、乙所示).如果將這根繩換成細(xì)軟的彈簧，前后推動(dòng)彈簧形成縱波，觀察發(fā)生的現(xiàn)象(如圖丙所示).這兩種現(xiàn)象說明什么？圖1三、偏振現(xiàn)象答案當(dāng)機(jī)械波是橫波時(shí)，若質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與狹縫平行，則機(jī)械波能透過狹縫傳播，反之則不能透過狹縫傳播.對(duì)縱波而言，不管什么情況，縱波總能透過狹縫傳播.三、偏振現(xiàn)象2.如圖2所示，取一個(gè)偏振片P，讓陽光通過偏振片P，在P的另一側(cè)觀察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一個(gè)偏振片Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片Q，會(huì)看到什么現(xiàn)象？這說明什么？三、偏振現(xiàn)象圖2三、偏振現(xiàn)象答案會(huì)看到在旋轉(zhuǎn)Q時(shí)光的亮度發(fā)生變化.偏振片的作用類似于1中狹縫的作用，只有振動(dòng)方向與透振方向一致的光才能通過.當(dāng)偏振片Q與P的透振方向平行時(shí)，穿過Q的光最強(qiáng)；當(dāng)Q與P的透振方向垂直時(shí)，光不能透過Q.要點(diǎn)提煉1.偏振片和透振方向偏振片由特定的材料制成，每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向，只有沿著振動(dòng)的光波才能順利通過偏振片，這個(gè)方向叫做“透振方向”.2.光的偏振現(xiàn)象表明光是一種波.三、偏振現(xiàn)象這個(gè)方向橫3.自然光和偏振光三、偏振現(xiàn)象

自然光偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過起偏振器后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿所有方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光強(qiáng)度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿某一特定方向(與起偏振器透振方向一致)4.偏振現(xiàn)象的應(yīng)用(1)在攝影中的應(yīng)用：在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，可以阻擋進(jìn)入鏡頭.(2)電子表液晶顯示屏：在兩塊透振方向垂直的偏振片中插入一個(gè)液晶盒，可以控制光線顯示數(shù)字.三、偏振現(xiàn)象舉例太陽、電燈、蠟燭火焰等直接發(fā)出的光自然光在介質(zhì)表面反射和折射形成的光反射光一、對(duì)光的衍射的理解典例精析例1觀察單縫衍射現(xiàn)象時(shí)，把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm，看到的現(xiàn)象是(

)A.衍射條紋的間距逐漸變小，衍射現(xiàn)象逐漸不明顯B.衍射條紋的間距逐漸變大，衍射現(xiàn)象越來越明顯C.衍射條紋的間距不變，只是亮度增強(qiáng)D.以上現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生一、對(duì)光的衍射的理解典例精析解析由單縫衍射實(shí)驗(yàn)的調(diào)整與觀察可知，狹縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋越寬，條紋間距也越大，本題是將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反的方向發(fā)展，故選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤.答案A二、單縫衍射與雙縫干涉的比較典例精析例2如圖3所示的4幅明暗相間的條紋，分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋).則在下面的四幅圖中從左到右排列，亮條紋的顏色依次是(

)圖3A.紅黃藍(lán)紫 B.紅紫藍(lán)黃C.藍(lán)紫紅黃 D.藍(lán)黃紅紫二、單縫衍射與雙縫干涉的比較典例精析解析雙縫干涉條紋平行等距，且波長(zhǎng)越大，條紋間距越大，而紅光波長(zhǎng)大于藍(lán)光波長(zhǎng)，故第一幅圖為紅光，第三幅圖為藍(lán)光；又由于黃光波長(zhǎng)比紫光波長(zhǎng)大，故第四幅圖為黃光的衍射圖樣，第二幅為紫光的衍射圖樣.答案B典例精析三、對(duì)光的偏振的理解例3如圖4所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點(diǎn)位于P、Q之間，B點(diǎn)位于Q右側(cè).旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是.圖4A.A、B均不變B.A、B均有變化C.A不變，B有變化D.A有變化，B不變典例精析解析白熾燈光包含各方向的光，且各個(gè)方向的光強(qiáng)度相等，所以旋轉(zhuǎn)偏振片P時(shí)各方向透射光強(qiáng)度相同，故A點(diǎn)光的強(qiáng)度不變；白熾燈光經(jīng)偏振片P后為偏振光，當(dāng)P旋轉(zhuǎn)時(shí)，B點(diǎn)的光強(qiáng)有變化，選項(xiàng)C正確.答案C三、對(duì)光的偏振的理解典例精析例4一段時(shí)間以來，“假奶粉事件”鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，奶粉中碳水化合物(糖)含量是一個(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測(cè)量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量.偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測(cè)樣品的含糖量了.如圖5所示，S是自三、對(duì)光的偏振的理解典例精析然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間，則下列說法中正確的是(

)三、對(duì)光的偏振的理解圖5典例精析A.到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B.到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD.將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α三、對(duì)光的偏振的理解典例精析解析因?yàn)锳、B的偏振方向一致，故A、B間不放糖溶液時(shí)，自然光通過偏振片A后，變成偏振光，通過B后到達(dá)O.當(dāng)在A、B間放糖溶液，由于溶液的旋光作用，使通過A的偏振光振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度，不能再通過B，A對(duì)，B錯(cuò).三、對(duì)光的偏振的理解典例精析但當(dāng)B轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，恰好使偏振片方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光振動(dòng)方向一致時(shí)，O處光強(qiáng)為最強(qiáng)，故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度.所以C對(duì).同理D也對(duì).答案ACD三、對(duì)光的偏振的理解課堂要點(diǎn)小結(jié)自我檢測(cè)區(qū)123412341.(對(duì)光的衍射的理解)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說法正確的是(

)A.紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋B.白光的單縫衍射圖樣是白黑相間的直條紋C.光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射D.光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播，不存在光的衍射1234解析單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是明暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋.光照到不透明小圓盤上，在其陰影中心處出現(xiàn)亮點(diǎn)，是衍射現(xiàn)象.光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，D項(xiàng)中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象.答案AC12342.(單縫衍射與雙縫干涉的比較)如圖6所示為紅光和紫光通過相同的雙縫和單縫所呈現(xiàn)的圖樣，則(

)圖6A.甲為紫光的干涉圖樣 B.乙為紫光的干涉圖樣C.丙為紅光的干涉圖樣 D.丁為紅光的干涉圖樣1234解析干涉條紋平行、等寬、等間距，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.干涉圖樣為明暗相間的條紋，且條紋間距為Δx＝λ，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋間距越大，紫光的波長(zhǎng)短，因而紫光干涉圖樣的條紋間距小.故正確選項(xiàng)為B.答案B12343.(對(duì)光的偏振的理解)如圖7所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此時(shí)在光屏C上透射光的強(qiáng)度最大，則下列說法中正確的是(

)圖71234A.此時(shí)A、B的透振方向平行B.只有將B繞OO′軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，屏上透射光的強(qiáng)度才會(huì)最弱，幾乎為零C.將A或B繞OO′軸旋轉(zhuǎn)90°，屏上透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零D.將A沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，屏上透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零1234解析當(dāng)A、B兩偏振片的透振方