人教版(新教材)高中物理選擇性必修一學案：4 5-4 6 光的衍射 光的偏振 激光

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE1第5節(jié)光的衍射第6節(jié)光的偏振激光學習目標要求核心素養(yǎng)和關鍵能力1.觀察光的衍射現(xiàn)象，認識衍射條紋的特點。2.知道產(chǎn)生明顯衍射的條件。3.觀察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波。4.知道自然光和偏振光的區(qū)別，知道偏振現(xiàn)象的一些應用。5.了解激光的特征和應用。1.通過推理得出光是一種橫波的物理思維方法。2.通過觀察實驗，得到光產(chǎn)生明顯衍射的條件。一、光的衍射1.用單色平行光照射狹縫，當縫很窄時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當寬的地方，這就是光的衍射現(xiàn)象。2.各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現(xiàn)明暗相間的條紋。3.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：在障礙物的尺寸可以跟光的波長相當，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯。二、衍射光柵1.構成：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學元件。2.增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。3.種類：透射光柵和反射光柵?！寂幸慌小?1)平時很難觀察到光的衍射現(xiàn)象是因為一般的障礙物或縫比光波的波長大很多的緣故。(√)(2)白光的單縫衍射圖樣是白黑相間的直條紋。(×)(3)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。(√)(4)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。(×)三、偏振1.偏振現(xiàn)象：不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向也可能不同，這種現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”，橫波的振動方向稱為“偏振方向”。2.光的偏振(1)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，只有沿著這個方向振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振”方向。(2)自然光和偏振光①自然光：太陽、日光燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同。這種光是“自然光”。②偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動，這種光叫作偏振光。(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。四、激光的特點及其應用特點應用相干性強：激光具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特點，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度好：激光的平行度非常好，傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度激光測距，為槍械、火炮、導彈等武器提供目標指引亮度高：它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量用激光束切割、焊接，醫(yī)學上可以用激光做“光刀”，激發(fā)核聚變等〖判一判〗(1)偏振光沿各個方向振動的光波的強度都相同。(×)(2)自然光通過偏振片后成為偏振光。(√)(3)除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通常看到的絕大部分光都是偏振光。(√)(4)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。(√)(5)激光精確測距利用激光的平行度好的特點。(√)(6)激光切割利用激光平行度好的特點。(×)探究1光的衍射1.衍射現(xiàn)象是否明顯：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：小孔和狹縫的尺寸越小，衍射條紋的亮度越小。3.單縫衍射圖樣(1)中央條紋最亮，越向兩邊越暗；條紋間距不等，中央條紋最寬，兩邊條紋寬度變窄。(2)縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮條紋的亮度降低。(3)中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關，入射光波長越大，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。(4)用白光做單縫衍射時，中央亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中央亮條紋仍然最寬最亮。4.圓孔衍射(1)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)圖乙所示的圓形亮斑(光的直線傳播)；減小圓孔，光屏上出現(xiàn)光源的像(小孔成像)；當圓孔很小時，光屏上出現(xiàn)圖丙所示的亮、暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)。(2)圓孔衍射的圖樣特征①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，圓(亮)環(huán)亮度越低。②白光的圓孔衍射圖樣：中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環(huán)。5.圓盤衍射(1)各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，若在單色光(如激光)傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑。(2)形成泊松亮斑時，圓盤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)。(3)周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小。〖例1〗(多選)(2020·河南鄭州高二學業(yè)考試)對光的衍射的定性分析，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光的波長還要小的時候，才能明顯地產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象B.光通過單縫產(chǎn)生的衍射條紋間距不相等C.光的衍射現(xiàn)象否定了光的直線傳播的結論D.光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性〖答案〗ABD〖解析〗只有障礙物或孔的尺寸可以跟光波波長相比甚至比光的波長還要小的時候，才能明顯地產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象，選項A正確；光通過單縫產(chǎn)生的衍射條紋間距不相等，中間寬，兩側窄，選項B正確；光的直線傳播是近似規(guī)律，光的衍射現(xiàn)象并沒有否定光的直線傳播的結論，故C錯誤；光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性，選項D正確?！祭?〗(2020·內(nèi)蒙古北重三中高二期中)如圖，a、b、c、d四個圖樣是兩種單色光用同樣的儀器形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點(黑色為亮條紋，a圖樣的亮紋間距比b圖樣大，c圖樣中央亮紋比d圖樣寬)可以得出的正確結論是()A.a、b是光的衍射圖樣，c、d為光的干涉圖樣B.a、b是光的干涉圖樣，c、d為光的衍射圖樣C.形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣的光的波長短D.在同種介質(zhì)中，形成a圖樣的光的折射率比形成b圖樣的光的折射率大〖答案〗B〖解析〗雙縫干涉圖樣的條紋是等間距的，而衍射條紋間距不相等，則知a、b是光的干涉圖樣，c、d是光的衍射圖樣，故A錯誤，B正確；根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ可知，光的波長越長，雙縫干涉條紋間距越大，則知形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣的光的波長長，故C錯誤；波長越長，頻率越小，折射率越??；形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長長，則形成a圖樣的光的折射率比形成b圖樣的光的折射率小，故D錯誤。探究2光的偏振1.偏振片和透振方向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，只有沿著某個特定方向振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”。2.光的偏振現(xiàn)象表明光是橫波。3.自然光與偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光不同點光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光或由某種介質(zhì)反射或折射的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿所有方向，且沿各個方向振動的光波的強度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿某個特定方向(與起偏器透振方向一致)相同點不管是自然光還是偏振光，傳播方向與振動方向一定垂直〖例3〗(2020·銅川市一中高二期末)關于偏振現(xiàn)象，下列說法正確的是()A.所有單色光都是偏振光B.一切光和波都能發(fā)生偏振現(xiàn)象C.偏振現(xiàn)象是橫波特有的現(xiàn)象D.光的振動方向與偏振片的透振方向平行時，光完全不能通過偏振片〖答案〗C〖解析〗自然光中的單色光不是偏振光，A錯誤；只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生偏振現(xiàn)象，因此偏振現(xiàn)象是橫波特有的現(xiàn)象，B錯誤，C正確；光的振動方向與偏振片的透振方向垂直時，光完全不能通過偏振片，D錯誤?！坚槍τ柧?〗(多選)(2020·館陶縣一中高二月考)如圖所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此時在光屏C上，透射光的強度最大，則下列說法中正確的是()A.此時A、B的透振方向垂直B.只有將B繞OO′軸順時針旋轉90°，屏上透射光的強度才最弱，幾乎為零C.將A或B繞OO′軸旋轉90°，屏上透射光的強度最弱，幾乎為零D.將A沿順時針旋轉180°，屏上透射光的強度最大〖答案〗CD〖解析〗光是橫波，振動方向和傳播方向垂直，要使屏上透射光強度最大，A、B的偏振方向一定要平行，故A錯誤；只要A、B中任意一個旋轉90°，A、B的透振方向垂直，屏上透射光的強度均達到最弱，幾乎為零，故B錯誤，C正確；將A沿順時針旋轉180°時，兩偏振片的透振方向平行，透射光的強度最大，故D正確。探究3激光〖例4〗(多選)關于激光，下列說法正確的是()A.激光在自然界中普遍存在 B.激光是相干光C.激光的平行度好 D.激光的亮度高〖答案〗BCD〖解析〗激光是人造光，自然界沒有，激光具有三大特點，平行度好、亮度高、是相干光；故A錯誤，B、C、D均正確?！坚槍τ柧?〗可以利用激光來切割各種物質(zhì)，這是應用了激光的()A.平行性好的特性 B.相干性好的特性C.亮度高的特征 D.單色性好的特性〖答案〗C〖解析〗激光具有方向性好，能量高的特點，利用激光來切割各種物質(zhì)，這是應用了激光的亮度高、能量高的特征，所以選項C正確。1.(光的衍射)(2020·華師大二附中高二期中)以線狀白熾燈為光源，通過狹縫觀察該光源，可以看到()A.黑白相間的條紋，這是光的干涉B.黑白相間的條紋，這是光的衍射C.彩色的條紋，這是光的干涉D.彩色的條紋，這是光的衍射〖答案〗D〖解析〗由題可知該現(xiàn)象為光的衍射現(xiàn)象，故A、C錯誤；線狀白熾燈發(fā)出的光是復色光，其中各種色光的波長不同，產(chǎn)生的單縫衍射的圖樣中條紋寬度和間距都不相同，因此各單色光的亮條紋或暗條紋不能完全重疊在一起，所以形成彩色條紋，故B錯誤，D正確。2.(光的衍射圖樣)(2020·湖北黃石二中高二月考)某同學使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進行光的衍射實驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()〖答案〗B〖解析〗因為衍射條紋與單縫平行，條紋中間寬、兩邊窄。故B正確，A、C、D錯誤。3.(光的偏振)(2020·浙江湖州高二期末)關于光的偏振現(xiàn)象下列說法正確的是()A.光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波B.拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景像更清晰C.一束自然光通過某偏振片時，只有振動方向與該偏振片透振方向垂直的光波才能通過D.一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，只有當反射光與折射光線之間夾角恰好是90°時，反射光是偏振光〖答案〗B〖解析〗光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，故A錯誤；拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景像更清晰，這是利用光的偏振現(xiàn)象，故B正確；只有振動方向和透振方向互相平行的光才能通過偏振片，故C錯誤；一束自然光入射到兩種介質(zhì)的表面時，一定有反射光線，反射光是偏振光，與折射光、反射光之間夾角是否等于