人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案3：4 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(cè)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)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，認(rèn)識(shí)衍射條紋的特點(diǎn)。2．觀察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波。3．知道自然光和偏振光的區(qū)別，知道偏振現(xiàn)象的一些應(yīng)用。4．了解激光的特點(diǎn)和應(yīng)用?！甲灾鲗W(xué)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)一光的衍射衍射光柵〖新知導(dǎo)入〗用三塊不透光的板，在每塊板的中間各開一個(gè)圓孔，各板所開的圓孔直徑依次變小。裝置如圖甲所示，先用點(diǎn)光源照射圓孔最大的那塊板，在屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)如圖乙所示的明亮圓形光斑；再換上圓孔較小的那塊板，在屏上會(huì)出現(xiàn)如圖丙所示較小的明亮圓形光斑；最后用圓孔最小(直徑約為1mm)的那塊板，在屏上會(huì)出現(xiàn)如圖丁所示的明暗相間的條紋。請(qǐng)思考：(1)圖乙、丙中的情境是什么現(xiàn)象造成的？(2)圖丁中的情境是什么現(xiàn)象造成的？〖知識(shí)梳理〗1．光的衍射現(xiàn)象：光通過(guò)很小的狹縫(或圓孔)時(shí)，光沒有沿直線傳播，它繞過(guò)了狹縫(或圓孔)的邊緣，傳播到相當(dāng)寬的地方的現(xiàn)象。2．明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸足夠小。3．衍射圖樣：衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗相間條紋。4．單縫衍射：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)狹縫時(shí)，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(guò)狹縫時(shí),在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白條紋。5．圓孔衍射：光通過(guò)小孔時(shí)(孔很小)在屏幕上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。6．衍射光柵(1)定義：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來(lái)形成的光學(xué)元件。(2)分類：①透射光柵；②反射光柵?！寂５缎≡嚒?．判斷正誤。(1)光的衍射和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的。()(2)只有波長(zhǎng)長(zhǎng)的光才發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。()(3)所有光都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。()(4)菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色，是光的折射現(xiàn)象。()2．讓燭光照射到一塊遮光板上，板上有一個(gè)可自由收縮的三角形孔，當(dāng)此三角形孔緩慢地由大收縮變小直到閉合時(shí)，則在孔后的屏上將先后出現(xiàn)(遮住側(cè)面光)()A．三角形光斑倒立的燭焰明暗相間的圓環(huán)B．三角形光斑圓形光斑倒立的燭焰C．倒立的燭焰圓形光斑明暗相間的圓環(huán)D．三角形光斑明暗相間的圓環(huán)倒立的燭焰知識(shí)點(diǎn)二光的偏振〖新知導(dǎo)入〗電影《戰(zhàn)狼2》的經(jīng)典臺(tái)詞“犯我中華者，雖遠(yuǎn)必誅”揚(yáng)我國(guó)威?！稇?zhàn)狼2》是立體電影，放映時(shí)通過(guò)兩臺(tái)放映機(jī)，同步放映兩組膠片，觀眾必須戴上特制的“3D”眼鏡觀看，就會(huì)產(chǎn)生立體感，使觀眾有身臨其境的體驗(yàn)，若不戴上述眼鏡，則看到銀幕上的畫面就會(huì)出現(xiàn)重影而模糊不清。請(qǐng)思考戴上“3D”眼鏡觀看立體電影應(yīng)用了什么原理？〖知識(shí)梳理〗1．偏振(1)不同的橫波，即使傳播方向相同，振動(dòng)方向也可能不同的現(xiàn)象，稱為偏振現(xiàn)象。(2)橫波的振動(dòng)方向稱為偏振方向。(3)偏振現(xiàn)象是橫波的特有現(xiàn)象，縱波沒有偏振現(xiàn)象。2．光的偏振(1)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，沿這個(gè)方向振動(dòng)的光波能順利通過(guò)偏振片，這個(gè)偏振方向叫作透振方向。(2)自然光：由太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光，它包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。(3)偏振光：自然光垂直透過(guò)某一偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，沿著某一特定方向振動(dòng)的光叫作偏振光。自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面的反射光和折射光都是偏振光，入射角變化時(shí)偏振的程度也有所變化。3．偏振現(xiàn)象的應(yīng)用攝影中應(yīng)用偏振光：為了消除反射光的影響，在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，減弱了反射光進(jìn)入鏡頭?！寂５缎≡嚒?．判斷正誤。(1)凡是波都有偏振現(xiàn)象。()(2)自然光通過(guò)偏振片可以得到偏振光。()(3)反射可以引起自然光的偏振。()(4)拍攝水中游魚時(shí)，在鏡前裝一偏振片是利用光的偏振現(xiàn)象。()2．下列說(shuō)法正確的是()A．“3D電影”的播放和觀看利用了光的衍射 B．色散現(xiàn)象表明白光是復(fù)色光C．泊松亮斑是光的干涉現(xiàn)象 D．光的偏振現(xiàn)象表明光是縱波知識(shí)點(diǎn)三激光〖知識(shí)梳理〗激光的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)性質(zhì)應(yīng)用相干性激光具有頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向一致的特點(diǎn)，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平行度非常好，傳播很遠(yuǎn)的距離仍能保持一定的強(qiáng)度進(jìn)行精確的測(cè)距；讀取光盤上記錄的信息等高亮度它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量用激光束切割、焊接；醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”；激發(fā)核反應(yīng)等〖牛刀小試〗1．判斷正誤。(1)計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光有相干性的特點(diǎn)。()(2)激光可以切割、焊接，是因?yàn)榧す獾牧炼雀撸芰看蟆?)(3)醫(yī)學(xué)中用激光做“光刀”來(lái)切除腫瘤是應(yīng)用了激光的亮度高的特點(diǎn)。()(4)“激光測(cè)距”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)。()2．關(guān)于激光的應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是()A．全息照片拍攝是利用了激光的全反射原理B．利用激光是相干光，可以用在雷達(dá)上進(jìn)行精確的測(cè)距C．由于激光平行度好，它能像無(wú)線電波那樣被調(diào)制，用來(lái)傳遞信息D．利用激光亮度高，可以用在醫(yī)學(xué)上做“光刀”切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網(wǎng)膜〖課堂探究〗一、光的衍射的理解〖問題探究〗我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ小拔匆娖淙?、先聞其聲”“人未到、聲先到”情境，?qǐng)思考這兩句話中隱含了什么物理原理？〖要點(diǎn)歸納〗1．光的衍射與光的直線傳播的關(guān)系(1)光的直線傳播只是一個(gè)近似的規(guī)律，當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸很大時(shí)，衍射現(xiàn)象不明顯，光可以看成沿直線傳播。(2)在障礙物或狹縫的尺寸足夠小時(shí)，光會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。2．三種衍射圖樣的比較三種衍射圖樣如圖所示。(1)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，越靠外，條紋間距越??；中央條紋最寬，兩邊條紋寬度變窄。②縫變窄通過(guò)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(zhǎng)及單縫寬度有關(guān)，入射光的波長(zhǎng)越大，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。④用白光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，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。(2)圓孔衍射圖樣①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，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小。②圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時(shí)亮度越弱。③用不同色光照射圓孔時(shí)，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長(zhǎng)越大，中央圓形亮斑的直徑越大。④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)。⑤只有圓孔足夠小時(shí)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(guò)程中，光屏上依次得到幾種不同的現(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)。(3)圓盤衍射圖樣(泊松亮斑)①中央是亮斑。②形成泊松亮斑時(shí)，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)的間距隨半徑增大而減小。3．單縫衍射與雙縫干涉的比較名稱項(xiàng)目單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)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(diǎn)成因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)果意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波例1如圖所示的四種明暗相間的條紋是紅光、藍(lán)光各自通過(guò)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(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)。在下面的四幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是()A．紅黃藍(lán)紫 B．紅紫藍(lán)黃C．藍(lán)紫紅黃 D．藍(lán)黃紅紫規(guī)律方法區(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；而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄。(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??；而單縫衍射條紋的中央亮紋最亮，兩側(cè)的亮紋逐漸變暗。二、對(duì)光的偏振現(xiàn)象的理解〖要點(diǎn)歸納〗1．光的偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波。2．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，只有沿著這個(gè)特定方向振動(dòng)的光波才能順利通過(guò)偏振片，這個(gè)方向叫作“透振方向”。3．自然光與偏振光的比較自然光偏振光不同點(diǎn)光的來(lái)源直接從光源發(fā)出的光自然光通過(guò)起偏器后的光或由某種介質(zhì)反射或折射的光光的振動(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)的光波的強(qiáng)度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿某個(gè)特定方向(與起偏器透振方向一致)相同點(diǎn)不管是自然光還是偏振光，傳播方向與振動(dòng)方向一定垂直例2在垂直于太陽(yáng)光的傳播方向前后放置兩個(gè)偏振片P和Q，在Q的后邊放上光屏，如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是()A．Q不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度不變B．Q不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度逐漸變暗C．P不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變D．P不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱規(guī)律方法(1)偏振片是由特殊材料制成的，每個(gè)偏振片都有特定的透振方向，沿與透振方向垂直振動(dòng)的光不能透過(guò)偏振片。(2)獲得偏振光的兩種方式①讓自然光通過(guò)偏振片；②自然光射到兩種介質(zhì)的分界面上，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。三、激光的特點(diǎn)及應(yīng)用〖問題探究〗據(jù)了解，我國(guó)在激光武器研發(fā)領(lǐng)域，已經(jīng)有五大核心技術(shù)領(lǐng)先于世界各國(guó)。我國(guó)的“死光A”重型激光武器系統(tǒng)，綜合作戰(zhàn)能力強(qiáng)，可以充分適用于陸戰(zhàn)和海戰(zhàn)之中。請(qǐng)思考激光武器利用了激光的哪些特性？〖要點(diǎn)歸納〗1．激光的產(chǎn)生：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。2．激光的特點(diǎn)(1)單色性好：激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好、相干性好。激光的頻率單一、顏色特別純。用激光做衍射、干涉實(shí)驗(yàn)，效果很好。(2)平行度好：從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴(kuò)展范圍不過(guò)幾厘米，而探照燈的光束能擴(kuò)展到幾十米范圍。(3)亮度高：激光可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量。例3激光被譽(yù)為神奇的光，關(guān)于激光的應(yīng)用下列說(shuō)法中正確的是()A．激光用來(lái)控制核聚變，是因?yàn)樗姆较蛐院茫庠吹哪芰烤图性诤苄∫稽c(diǎn)上，可以在空間某個(gè)小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生極高的溫度B．激光是相干光，但它不能像無(wú)線電波那樣被調(diào)制，用來(lái)傳遞信息C．用激光攔截導(dǎo)彈，摧毀衛(wèi)星，是因?yàn)榧す庠诖髿庵袀鞑ゲ皇艽髿獾挠绊慏．能利用激光測(cè)量地面到月球表面的距離，是因?yàn)榧す馔ㄟ^(guò)地球大氣時(shí)不會(huì)發(fā)生折射〖隨堂演練〗1．下列現(xiàn)象中體現(xiàn)了光的干涉的是()A．用手按壓兩片無(wú)色透明的玻璃片，陽(yáng)光下也能看到彩色花紋B．透過(guò)游標(biāo)卡尺兩測(cè)量爪間的狹縫，觀看與狹縫平行的線光源時(shí)，看到彩色條紋C．白光透過(guò)雙縫，在光屏上出現(xiàn)黑白條紋D．清晨灑水車灑的水珠成彩色的2．我們經(jīng)常看到，凡路邊施工處總掛有紅色的燈，除了紅色光容易引起人們的視覺反應(yīng)外，這樣做的另一個(gè)重要的原因是()A．紅光比其他可見光更容易發(fā)生衍射 B．紅光比其他可見光更容易發(fā)生干涉C．紅光比其他可見光頻率更大 D．紅光比其他可見光在玻璃中的折射率小3．在觀看立體電影時(shí)，觀眾要戴上特制的眼鏡，銀幕上的圖像才清晰，這副眼鏡的制作原理是利用了光的()A．折射B．衍射C．干涉D．偏振4．若甲、乙兩束單色光,經(jīng)過(guò)同一單縫后的衍射圖樣如甲、乙所示。則下列說(shuō)法正確的是()A．若單縫寬度變窄，則兩種衍射條紋寬度均變窄，條紋亮度也變暗B．若單縫寬度變窄，則兩種衍射條紋寬度都變寬，條紋亮度也變亮C．在同一介質(zhì)中傳播，甲光比乙光的傳播速度小D．甲光和乙光以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時(shí)，一定是甲光

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)一光的衍射衍射光柵〖新知導(dǎo)入〗(1)圖乙、丙中的情境是光的直線傳播現(xiàn)象。(2)圖丁中的情境是光的衍射現(xiàn)象?！寂５缎≡嚒?．××√×2．〖答案〗A〖解析〗當(dāng)三角形孔較大時(shí)，屏上出現(xiàn)一個(gè)三角形光斑，如圖甲所示；隨著三角形緩慢地收縮，光斑逐漸變小，當(dāng)三角形孔小到一定程度時(shí)，屏上會(huì)出現(xiàn)倒立的燭焰，如圖乙所示；繼續(xù)使三角形孔緩慢收縮，可以觀察到小孔衍射圖樣；當(dāng)孔閉合時(shí)，屏上就會(huì)一片黑暗。知識(shí)點(diǎn)二光的偏振〖新知導(dǎo)入〗應(yīng)用了光的偏振現(xiàn)象。〖牛刀小試〗1．×√√√2．〖答案〗B〖解析〗“3D電影”的播放和觀看利用了光的偏振現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；太陽(yáng)光是復(fù)色光，而七種色光混合后成為白光，色散現(xiàn)象表明白光是由多種色光組成的，B正確；泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；只有橫波才會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象，光波具有偏振特性說(shuō)明光是橫波，D錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)三激光〖牛刀小試〗1．×√√×2．〖答案〗D〖解析〗全息照片拍攝是利用了激光的頻率單一、相干性好，能夠產(chǎn)生明顯的干涉，故A錯(cuò)誤；利用激光平行度好，可以用在雷達(dá)上進(jìn)行精確的測(cè)距，故B錯(cuò)誤；利用激光相干性好，它能像無(wú)線電波那樣被調(diào)制，用來(lái)傳遞信息，故C錯(cuò)誤；利用激光的亮度高、能量集中，可以用在醫(yī)學(xué)上做“光刀”切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網(wǎng)膜，故D正確?！颊n堂探究〗一、光的衍射的理解〖問題探究〗兩句話中隱含了波發(fā)生明顯衍射的條件。聲波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，比較容易發(fā)生衍射，一個(gè)人在房間外(或走廊里)說(shuō)話，由于聲波的衍射(注意：也有聲波的反射因素)，在房間里(或走廊拐彎的地方)的其他人可以聽到該人的聲音；而光波的波長(zhǎng)很短，不容易發(fā)生衍射，在房間里(或走廊拐彎的地方)的人無(wú)法通過(guò)光的直線傳播看到在房間外(或走廊里)說(shuō)話的人，故有“未見其人、先聞其聲”“人未到、聲先到”情境。例1〖答案〗B〖解析〗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兩個(gè)是雙縫干涉圖樣，根據(jù)雙縫干涉條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ可以知道波長(zhǎng)λ越大，Δx越大，故a是紅光的雙縫干涉圖樣，c是藍(lán)光的雙縫干涉圖樣。單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小、亮度越暗，而波長(zhǎng)越大，中央亮條紋越粗，故b、d是單縫衍射圖樣，b為紫光的單縫衍射圖樣，d為黃光的單縫衍射圖樣。故從左向右依次是紅光(雙縫干涉)、紫光(單縫衍射)、藍(lán)光(雙縫干涉)和黃光(單縫衍射)，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。二、對(duì)光的偏振現(xiàn)象的理解例2〖答案〗D〖解析〗P是起偏器，它的作用是把太陽(yáng)光(自然光)轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆猓撈窆獾恼駝?dòng)方向與P的透振方向一致。所以當(dāng)Q與P的透振方向平行時(shí)，通過(guò)Q的光強(qiáng)最大；當(dāng)Q與P的透振方向垂直時(shí)，通過(guò)Q的光強(qiáng)最小。無(wú)論旋轉(zhuǎn)P或Q，屏上的光強(qiáng)都是時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，故選D。三、激光的特點(diǎn)及應(yīng)用〖問題探究〗激光武器利用了激光的單色性好、平行度好、亮度(能量)高等特性。例3〖答案〗A〖解析〗激光用來(lái)控制核聚