4.5-6 光的衍射 偏振 激光 課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

5-6.光的衍射+偏振

激光波在它傳播的方向上遇到障礙物或孔時，波繞到障礙物陰影里去繼續(xù)傳的現(xiàn)象障礙物或孔的尺寸跟波長差不多或比波長小。問題1．什么是波的衍射現(xiàn)象？問題2．發(fā)生明顯衍射的條件是什么？問題3:通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道，既然光是一種波，為什么我們?nèi)粘Ｉ钪杏^察不到光的衍射現(xiàn)象，而常常看到的是光沿著直線傳播的呢？可能是因?yàn)楣獠úㄩL很小，平常遇到的障礙物或孔的尺寸比較大，所以不易觀察到光的衍射現(xiàn)象。常?？吹降氖枪庋刂本€傳播。2.光發(fā)生明顯衍射的條件：縫寬>波長縫寬與波長接近或更小演示實(shí)驗(yàn):單縫衍射一.光的衍射1.定義:光通過很窄的縫（或很小的孔、障礙物）時，光沒有沿直線傳播，而是繞過縫(或孔、障礙物)的邊緣傳播到相當(dāng)寬的地方的現(xiàn)象．產(chǎn)生的明暗條紋叫衍射條紋，說明光是一種波縫(孔或障礙物的尺寸)小于波長或與波長差不多。尺寸越小，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯。為什么單縫衍射屏上會有明暗條紋？來自單縫不同位置的光疊加的結(jié)果紅光單縫寬0.4mm紅光單縫寬0.8mm藍(lán)光單縫寬0.4mm白光單縫寬0.4mm觀察下列衍射圖樣，分析單縫衍射規(guī)律：二.單縫衍射特點(diǎn)：2.波長不變時,單縫越窄,中央條紋越寬(各條紋間距越大)3.單縫不變時,波長越大,中央亮紋越寬,條紋間隔越大．4.白光的單縫衍射條紋為中央亮條紋為白色，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，內(nèi)側(cè)為紫色．單縫越窄、波長越大，中央亮紋越寬,條紋間隔越大1.中央亮紋寬而亮．兩側(cè)亮紋窄而暗干涉圖樣單縫衍射圖樣1.相同點(diǎn)：2.不同點(diǎn)：觀察比較:雙縫干涉與單縫衍射圖樣都是由于光的疊加而產(chǎn)生的，都是明暗相間的條紋組成。雙縫干涉的條紋是等間距的各條紋的亮度差別較小,條紋條數(shù)較多。衍射條紋不等間距,中央條紋亮而寬,兩側(cè)條紋較暗較窄,對稱分布實(shí)驗(yàn)：在不透明的屏上安裝一個寬度可調(diào)的圓孔，縫后放置一個光屏，用單色光(或白光)平行光照射縫，調(diào)節(jié)縫的寬度，你看到了什么現(xiàn)象？三.圓孔衍射圖樣特點(diǎn)孔較大時(1)只有圓孔足夠小時,才得到明顯衍射圖樣(明暗相間圓環(huán))孔較小時（5）白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環(huán)．演示2:圓孔衍射屏上出現(xiàn)清晰的光斑明暗相間的圓環(huán)(2)中央是大且亮的圓形亮斑,周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán),且越靠外,亮紋的亮度越弱，寬度越小。(3)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．（4）用不同色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越長，中央圓形亮斑的直徑越大．白光衍射實(shí)驗(yàn)：在支架上安裝一個面積可調(diào)的實(shí)物圓盤，圓盤后放置一個光屏，用一束激光照射圓盤，調(diào)節(jié)盤的面積，你看到了什么現(xiàn)象？四.圓板衍射圖樣圓孔衍射圓屏衍射1.明暗相間的圓環(huán),中心有面積很小的亮斑((泊松亮斑))；2.亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小。小圓盤和小圓孔的衍射圖樣有何不同？演示3:圓板衍射圓孔針尖衍射現(xiàn)象狹縫圓屏五.光柵1.構(gòu)成：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學(xué)元件。3.種類:透射光柵和反射光柵。2.增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。透射光柵:在玻璃片上刻有許多等寬而又間距相等的平行刻痕，刻痕產(chǎn)生漫反射而不太透光，未刻的部分相當(dāng)于透光的狹縫，一般每毫米有幾十到幾千個狹縫。反射光柵:在高反射率的金屬上刻痕。1.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(diǎn)(黑色為亮條紋，a圖樣的亮條紋間距比b圖樣大，c圖樣中央亮紋比d圖樣寬)可以得出的正確結(jié)論是(

)A．a(chǎn)、b是光的衍射圖樣，c、d為光的干涉圖樣B．a(chǎn)、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B問題1:.什么是橫波、縱波？繩波、彈簧波對于的不同橫波,即使傳播方向相同,振動方向也不一定相同.橫波的振動方向稱為偏振方向。問題2:若已知兩列橫波(繩波)的傳播方向均水平向右，試畫出這兩列波的振動方向？1.偏振現(xiàn)象：問題：縱波是否會發(fā)生偏振現(xiàn)象？

一列縱波,以這列縱波的傳播方向?yàn)檩S，無論我們怎么旋轉(zhuǎn)第二塊木板,縱波都能通過.也就是說縱波不發(fā)生偏振現(xiàn)象。只有橫波有偏振現(xiàn)象,縱波沒有偏振現(xiàn)象問題3:光的干涉和衍射說明光具有波動性，那么光波是橫波還是縱波呢？2.光學(xué)“狹縫”—偏振片偏振片由特定的材料制成，它上面有一個特殊的方向（叫做透振方向也叫偏振方向），只有振動方向與透振方向平行的光波才能通過偏振片。偏振片P透振方向光的傳播方向在垂直于傳播方向的平面內(nèi),只沿某一個方向振動的光3.自然光:4.偏振光:在垂直于傳播方向上,沿一切方向振動的光,且各振動方向的光強(qiáng)相等(太陽光,電燈光)問題4:如何區(qū)分偏振光和自然光？太陽光結(jié)論:光會發(fā)生偏振,說明自然光是橫波.起偏器檢偏器問題1:加上偏振片前后，光屏上光斑亮度如何變化嗎？問題2:加上偏振片后，旋轉(zhuǎn)偏振片，有什么現(xiàn)象？問題3:再放上一個偏振片Q，旋轉(zhuǎn)Q,有什么現(xiàn)象？三、偏振現(xiàn)象的應(yīng)用如在拍攝日落時水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳列物的照片時，由于水面或玻璃表面的反射光的干擾，常使景像不清楚。如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使景像清晰。1、拍攝汽車夜間在公路上行駛與對面的車輛相遇時，為了避免雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時，既不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。未裝偏振照明燈的情景2、汽車安裝偏振照明燈的情景3、偏光太陽鏡在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，常會使眼睛睜不開。這些反射光(或散射光)基本都是水平方向振動的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的反射光(或散射光)4.立體電影在拍攝立體電影時，用兩個攝影機(jī)，兩個攝影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時分別拍下同一物體的兩個畫像，放映時把兩個畫像同時映在銀幕上。如果設(shè)法使觀眾的一只眼睛只能看到其中一個畫面，就可以使觀眾得到立體感。為此，在放映時，兩個放像機(jī)每個放像機(jī)鏡頭上放一個偏振片，兩個偏振片的偏振化方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機(jī)上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機(jī)上的偏振化方向相同，這樣，銀幕上的兩個畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影像了。5、立體電影在拍攝立體電影時，用兩個攝影機(jī)，兩個攝影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時分別拍下同一物體的兩個畫像，放映時把兩個畫像同時映在銀幕上。如果設(shè)法使觀眾的一只眼睛只能看到其中一個畫面，就可以使觀眾得到立體感。為此，在放映時，兩個放像機(jī)每個放像機(jī)鏡頭上放一個偏振片，兩個偏振片的偏振化方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機(jī)上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機(jī)上的偏振化方向相同，這樣，銀幕上的兩個畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影像了。5.液晶顯示液晶顯示器是一個由上下兩片導(dǎo)電玻制成的液晶盒,盒的兩個外側(cè)貼有偏光片.如果有光線進(jìn)入,通過第一個偏振片后，將被液晶分子逐漸改變偏振方向(液晶的旋光性).由于光線沿著分子排列的方向傳播,光線最終將從另一端射出。液晶顯示器就是利用這一特性，在上下兩片柵欄相互垂直的偏光板之間充滿液晶，利用電場控制液晶的轉(zhuǎn)動．不同的電場大小就會形成不同的灰階亮度．問題1：激光是怎么產(chǎn)生的？激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光，發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同，兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉。激光是人工產(chǎn)生的相干光。問題2：激光有么產(chǎn)生特點(diǎn)？特點(diǎn)1：相干性好——頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致，相干性好用激激光是相干光，普通光是非相干光！特點(diǎn)2：平行度好為槍械、火炮、導(dǎo)彈等武器提供目標(biāo)指引,測距、測速、信息存儲和閱讀（激光讀寫）用激光束切割、焊接，醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”，激發(fā)核聚變特點(diǎn)3：亮度極高能在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量光做衍射、干涉實(shí)驗(yàn)，光纖通信。全息照相,特點(diǎn)4：單色性好全息照相,精密測量

1.(多選)關(guān)于光的偏振，下列說法正確的是()A.自然光通過偏振片后，就得到了偏振光B.拍攝水面下的景物時，加偏振片可使像更清晰C.所有的波都具有偏振現(xiàn)象D.立體電影是應(yīng)用光的偏振的一個實(shí)例ABD2.如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次放置偏振片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()A.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C3.(光的偏振)如圖所示，讓太陽光(自然光)通過M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上，P的右側(cè)再放一光屏Q，現(xiàn)使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉(zhuǎn)動一周，則關(guān)于光屏Q上的亮度變化情況，下列判斷中正確的是()A.只有當(dāng)偏振片轉(zhuǎn)到某一適當(dāng)位置時光屏被照亮，其他位置時光屏上無亮光B.光屏上亮度