人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案1：4 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PAGEPAGE14.5-4.6光的衍射光的偏振激光〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道光的衍射現(xiàn)象和產(chǎn)生明顯衍射的條件。2．了解如何通過實驗觀察光的衍射現(xiàn)象，并可以區(qū)分幾種不同的衍射圖樣。3．觀察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波，知道自然光和偏振光的區(qū)別。4．知道偏振現(xiàn)象的一些應(yīng)用，了解激光的特征和應(yīng)用。5．能解釋日常生活中的衍射并初步了解衍射光柵。〖知識梳理〗知識點1光的衍射1．衍射現(xiàn)象光通過很窄的縫和很小的孔時，光沒有沿______傳播，它繞過了縫或孔的邊緣，傳播到了障礙物______的地方。2．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長______，甚至比光的波長______。知識點2衍射圖樣1．單縫衍射的條紋特點(1)中央條紋為__________，離中心條紋越遠(yuǎn)，亮條紋的寬度______，亮度______。(2)狹縫越窄，中央亮條紋______。2．圓盤衍射(泊松亮斑)(1)現(xiàn)象用平行光照射一個不透光的小圓盤時，在圓盤陰影中心出現(xiàn)一個______。(2)衍射圖樣的特點圓形陰影中心有一______，與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別。知識點3衍射光柵1．結(jié)構(gòu)有許多等寬的狹縫__________排列起來形成的光學(xué)元件。狹縫的個數(shù)越多，衍射條紋的寬度越______，亮度越______。2．衍射圖樣的特點與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變______，亮度______。3．衍射光柵的種類______光柵和______光柵。知識點4光的偏振及應(yīng)用1．偏振現(xiàn)象不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向_______________。這個現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”。2．光是一種橫波光的干涉和________現(xiàn)象說明光具有波動性，光的________現(xiàn)象說明光是一種橫波。3．自然光太陽、日光燈等普通光源發(fā)生的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都______。這種光是自然光。4．偏振光光在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個特定的__________。這種光叫作偏振光。5．偏振光的應(yīng)用在拍攝水中的游魚、玻璃櫥窗的陳列物時，由于水或玻璃表面的反射光的干擾，常使景象不清楚，如果在照相機鏡頭前裝一片______________，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以______反射光而使景象清晰。知識點5激光的特點及應(yīng)用特點性質(zhì)應(yīng)用相干性激光具有頻率______、相位差______、偏振方向______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激光的______非常好，傳播______的距離仍能保持一定的強度精確的______；讀取光盤上記錄的______等高亮度它可以在很小的_____和很短的_____內(nèi)集中很大的能量用激光束______、焊接、醫(yī)學(xué)上可以用激光做“______”；激發(fā)核反應(yīng)等〖要點剖析〗一、對光的衍射現(xiàn)象的理解1．光的衍射(1)產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長差不多。(2)光是一種波光的干涉現(xiàn)象已經(jīng)表明光是一種波，由于衍射也是波的特點，則光能夠衍射，因此，光能夠繞過障礙物或通過小孔進(jìn)入陰影區(qū)而傳播，即發(fā)生衍射現(xiàn)象。(3)可見光的波長范圍10－6m～10－7m，由發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，光的衍射現(xiàn)象不易觀察。2．三種不同的衍射現(xiàn)象(1)單縫衍射單縫衍射圖樣的特點①單色光的單縫衍射圖樣是明暗相間、亮度越來越暗且不等距的條紋，中央是亮紋，亮度大，寬度也大；波長越長，條紋間距越大，中央亮紋越寬；②白光的單縫衍射圖樣中央是白色亮紋，兩邊是彩色條紋，其中最靠近中央亮紋的色光是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光。(2)圓孔衍射①單色光的圓孔衍射圖樣中央亮紋的亮度大，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；②白光的圓孔衍射圖樣中央亮紋為白色，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。特別提醒：只有圓孔足夠小時，才能得到明顯的衍射圖樣。在圓孔由較大直徑逐漸減小的過程中，光屏依次得到幾種不同現(xiàn)象——圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)、完全黑暗。例1(多選)抽制細(xì)絲時可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過細(xì)絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則下列描述正確的是()A．這是利用光的干涉現(xiàn)象B．這是利用光的衍射現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變粗了D．如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變細(xì)了二、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)生條件障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長差不多頻率、振動方向相同，相位差恒定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，越靠外條紋間距越小各相鄰條紋等間距亮度中間條紋最亮，兩邊變暗清晰條紋，亮度基本相等相同點成因干涉、衍射都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或者削弱的結(jié)果意義干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波特別提醒：(1)單縫衍射可以理解為若干個光源的干涉，從而理解條紋相間排列。(2)光波的波長增大，衍射條紋、干涉條紋的寬度都變大。(3)復(fù)色光的衍射或干涉圖樣，可認(rèn)為各單色光單獨衍射或干涉所成圖樣的疊加。例2一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋?，F(xiàn)將其中一條窄縫擋住，讓這束紅光只通過一條窄縫，則在光屏上可以看到()A．與原來相同的明暗相間的條紋，只是明條紋比原來暗些B．與原來不相同的明暗相間的條紋，而中央明條紋變寬些C．只有一條與縫寬對應(yīng)的明條紋D．無條紋，只存在一片紅光三、對光的偏振現(xiàn)象的理解1．偏振現(xiàn)象波的偏振①狹縫對橫波、縱波的影響如果在波的傳播方向上放一帶狹縫的木板，不管狹縫方向如何，縱波都能自由通過狹縫；對橫波，只有狹縫的方向與橫波質(zhì)點的振動方向相同時，橫波才能毫無阻礙地通過狹縫；當(dāng)狹縫的方向與質(zhì)點的振動方向垂直時，橫波就不能通過狹縫，這種現(xiàn)象叫作偏振。如圖所示。②橫波獨有的特征偏振現(xiàn)象是橫波所特有的，故利用偏振現(xiàn)象可判斷一列波是橫波還是縱波。2．光的偏振(1)光屬于電磁波，是橫波，具有偏振性。從普通光源直接發(fā)出的光(自然光)，包含在垂直于光的傳播方向上一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波是均勻的，不顯示偏振性。如圖，自然光通過偏振片后變成偏振光，后面的屏是明亮的，轉(zhuǎn)動偏振片時，偏振光的振動方向隨之變化，但屏上亮度不變。(2)自然光通過偏振片后，只有振動方向跟透振方向一致的光才能通過。這時的光只沿著一個特定的方向振動，顯示偏振性。如圖，偏振光經(jīng)過偏振片時，若光的振動方向與偏振片的“透振方向”平行，屏是亮的；若光的振動方向與偏振片的“透振方向”垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于兩者之間，隨振動方向與“透振方向”的夾角變大，亮度逐漸變暗。3．自然光與偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后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)，光振動沿某一特定方向(與起偏器的偏振方向一致)特別提醒(1)偏振現(xiàn)象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通過偏振片后才變?yōu)槠窆?，生活中除光源直接發(fā)出的光外，我們看到的絕大部分光都是偏振光，如自然光射到水面時的反射和折射光線，尤其是二者互相垂直時，都是典型的偏振光，并且是完全偏振光，振動方向相互垂直。(2)只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象，光是橫波。例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()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不變四、偏振光的應(yīng)用偏振光的應(yīng)用非常廣泛。例如(1)在攝影中的應(yīng)用：在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，可以減弱進(jìn)入鏡頭的反射光。(2)電子表的液晶顯示屏：在兩塊透振方向垂直的偏振片當(dāng)中插進(jìn)一個液晶盒，可以控制光線顯示數(shù)字。(3)夜晚行車時，車燈眩光的消除用的就是光的偏振原理。(4)立體電影也利用了光的偏振原理。例4(多選)如圖所示是立體電影的工作原理圖，觀眾戴上一副特殊的眼鏡就能看到由立體電影放出的立體圖像。關(guān)于立體電影，以下說法正確的是()A．觀眾戴上特制眼鏡是為了防止傷害眼睛B．這副眼鏡其實就是一對偏振方向互相垂直的偏振片C．戴上特制眼鏡的觀眾若只用一只眼睛看，則銀幕上只是一片光亮而無圖像D．產(chǎn)生立體視覺是因為人的兩只眼睛同時觀察物體時，在視網(wǎng)膜上形成的像并不完全相同五、激光及應(yīng)用1．激光的產(chǎn)生激光是人工產(chǎn)生的相干光。2．激光具有的特點(1)相干性好所謂相干性好，是指容易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。普通光源發(fā)出的光(即使是所謂的單色光)頻率是不一樣的，而激光器發(fā)出的激光的頻率幾乎是單一的，并且滿足其他的相干條件。所以，現(xiàn)在我們做雙縫干涉實驗時，無須在雙縫前放一個單縫，而是用激光直接照射雙縫，就能得到既明亮又清晰的干涉條紋。利用相干光易于調(diào)制的特點傳輸信息，所能傳遞的信息密度極高，一條細(xì)細(xì)的激光束通過光纜可以同時傳送一百億路電話和一千萬套電視，全國人民同時通話還用不完它的通訊容量。(2)平行度非常好與普通光相比，傳播相同距離的激光束的擴散程度小，光線仍能保持很大的強度，保持它的高能量，利用這一點可以精確測距。現(xiàn)在利用激光測量地月距離精確度已達(dá)到1m。(3)激光的亮度非常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。如果把強大的激光束會聚起來，可使物體被照部分在千分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬度的高溫。(4)激光單色性很好激光的頻率范圍極窄，顏色幾乎是完全一致的。例5關(guān)于激光的應(yīng)用問題，下列說法中正確的是()A．光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點對信號進(jìn)行調(diào)制,使其在光導(dǎo)纖維中傳遞信息的B．計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用激光有相干性的特點C．醫(yī)學(xué)中用激光作“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點D．“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識梳理〗知識點1直線后面相當(dāng)還小知識點2亮條紋變窄變暗越暗亮斑亮斑知識點3等距離窄亮窄增加反射透射知識點4也可能是不同的衍射偏振相同方向振動偏振濾光片減弱知識點5相同恒定相同平行度很遠(yuǎn)測距信息空間時間切割光刀〖要點剖析〗例1〖答案〗BD〖解析〗上述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件，故B正確；由衍射產(chǎn)生的條件可知：絲越細(xì)衍射現(xiàn)象越明顯，故D也正確。例2〖答案〗B〖解析〗衍射圖樣和干涉圖樣的異同點：中央都出現(xiàn)明條紋，但衍射圖樣的中央明條紋較寬，兩側(cè)都出現(xiàn)明暗相間的條紋；干涉圖樣為等間隔的明暗相間的條紋，而衍射圖樣兩側(cè)為不等間隔的明暗相間的條紋且亮度迅速減弱。所以本題正確選項為B。例3〖答案〗C〖解析〗白熾燈發(fā)出的光為自然光，通過偏振片P后變成偏振光，旋轉(zhuǎn)P，A點光的強度不變；當(dāng)P與Q的偏振方向一致時，B點光的強度最大。當(dāng)P與Q的偏振方向垂直時，B點光的強度最小，所以選項C正確。例4〖答案〗BD〖解析〗放立體電影時有左右兩架放映機同時工作，如上圖所示，在每架放映機前裝有一塊偏振鏡子，其偏振方向互相垂直，因此從放映機前偏振鏡射出的兩束偏振光的偏振方向互相垂直，這兩束偏振光經(jīng)屏幕反射