2018-2019高中物理 第13章 光 13.5-13.6 光的衍射 光的偏振课件 新人教版选修3-4.ppt

5光的衍射6光的偏振,【自主预习】1.光的衍射:(1)衍射现象:光能够绕过障碍物而到达“_”区域的现象。(2)产生明显衍射现象的条件:障碍物或孔的尺寸比波长_或跟波长_。,阴影,小,差不多,(3)几种衍射现象:单缝衍射:a.单色光的衍射条纹是一些_的条纹,中央_、_,离中央条纹越远,亮条纹的宽度_,亮度_。b.白光的衍射条纹中间为_,两侧为_。,明暗相间,最宽,最亮,越小,越低,白色条纹,彩色条纹,圆孔衍射:中间是大且亮的_,周围分布着明暗相间的_,且越靠外,圆形亮条纹的亮度_,宽度_。泊松亮斑:若在单色光传播途中,放一个较小的圆形障碍物,会发现在阴影的中心有一个_,这就是著名的泊松亮斑。,圆形亮斑,同心圆环,越弱,越小,亮斑,衍射光栅:由许多等宽的狭缝_地排列起来形成的光学元件。和单缝衍射相比,衍射光栅的衍射条纹的间距_,亮度_。分为_光栅和_光栅两类。,等距离,变窄,增加,透射,反射,2.光的偏振:(1)横波和纵波的特点:横波中各点的振动方向总与波的传播方向_。纵波中各点的振动方向总与波的传播方向在_,偏振现象是_特有的现象。,垂直,同一直线上,横波,(2)自然光和偏振光:自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在_于传播方向上沿一切方向振动的光,沿着各个方向振动的光波的强度都_。偏振光:在_于传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光。,垂直,相同,垂直,(3)光的偏振的应用:水或玻璃表面的反射光的干扰,常使景像不清楚,如果在照相机镜头前装一片_,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以_反射光而使景像清晰。夜晚行车时,对方照射过来的光很强,若加一个_,可减弱对眼睛的照射。立体电影是利用了光的_原理。,偏振滤光片,减弱,偏振,片,偏振,【预习小测】1.(多选)关于偏振现象和偏振光,下列说法中正确的是()A.只有电磁波才能发生偏振现象,机械波不能发生偏振现象B.只有横波才能发生偏振现象,纵波不能发生偏振现象,C.自然界不存在偏振光,自然光只有通过偏振片才能变为偏振光D.除了从光源直接发出的光以外,我们通常看到的绝大部分光都是偏振光,【解析】选B、D。只有横波才能发生偏振现象,而机械波中有横波,当然也可以发生偏振现象,A错误,B正确。我们通常看到的绝大部分光都是偏振光。自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光,C错误,D正确。,2.在光的单缝衍射实验中,会出现美丽的衍射条纹,下列四幅图片中属于光的衍射图样的是(),【解析】选D。光的单缝衍射图样的特点是中央亮条纹最宽最亮,符合这个特点的只有选项D,故D项正确。,3.如图所示,让自然光照到P、Q两偏振片上,当P、Q两偏振片的透射光偏振方向间的夹角为以下哪个度数时,透射光的强度最弱()A.0B.30C.60D.90,【解析】选D。两偏振片透振方向相同时透过的偏振光最强,两偏振片透振方向垂直时几乎没有偏振光透过,D正确。,主题一光和衍射【互动探究】探究点1光的衍射现象,图甲是单缝衍射示意图,图乙是透射光栅,请结合两图思考下列问题。(1)单缝衍射实验如何表明光没有沿直线传播?提示:当缝比较宽时,光沿直线通过狭缝,在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹;当缝调到很窄时,尽管亮条纹亮度有所降低,但是宽度反而增大了,这表明,光没有沿直线传播。,(2)光发生明显衍射现象的条件是什么?怎样解释在日常生活中很难观察到光的衍射现象?提示:在障碍物或孔的尺寸等于或小于光波波长的条件下,就会发生明显的衍射现象。由于光波的波长很小,日常生活中的挡光物体尺寸远大于光的波长,难以满足光发生明显衍射现象的条件,所以日常生活中很难观察到光的衍射现象。,(3)衍射光栅的构造特点以及光栅衍射条纹的特点是什么?提示:衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器,光栅衍射形成细而亮的衍射条纹。,探究点2双缝干涉与单缝衍射的异同点结合下表分析光的双缝干涉和单缝衍射有哪些异同点。,小,跟波,长差不多,频率,相位差,最宽,相等,越小,等间距,最亮,基本,相等,叠加,波,波,【探究总结】1.对光的衍射现象的理解:(1)光的衍射:光绕过障碍物或通过小孔进入几何阴影区的现象。(2)光的衍射的意义:光的直线传播规律不是绝对正确的,只是相对正确的。(3)当障碍物或小孔的尺寸等于或小于光波的波长时,光发生明显衍射现象。,2.光通过圆孔的几种现象:只有圆孔足够小时,才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中,光屏依次得到几种不同现象圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗。,【典例示范】让太阳光垂直照射一块遮光板,板上有一个可以自由收缩的三角形孔,当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时,在孔后的屏上将先后出现()A.由大变小的三角形光斑,直至光斑消失B.由大变小的三角形光斑,明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失,C.由大变小的三角形光斑,明暗相间的黑白色条纹,直至条纹消失D.由大变小的三角形光斑,小圆形的光斑,明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失,【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)小孔成像的“小孔”大小介于两种情况之间,小孔成像因为成的是太阳的像,所以是小圆形光斑。(2)小孔小到和波长差不多时,出现衍射现象。,【解析】选D。当孔足够大时,由于光的直线传播,所以屏上首先出现的是三角形光斑,之后随着小孔的继续缩小,出现小孔成像,成的是太阳的像,故为小圆形光斑,随着小孔的进一步缩小,当尺寸与光波波长相当时,出现了明暗相间的衍射条纹,最后随小孔的闭合而全部消失,所以只有D是正确的。,【探究训练】1.对光的衍射现象的定性分析,下列描述中正确的是()A.只有障碍物尺寸小时,光才会发生衍射现象B.衍射现象是光波互相叠加的结果C.光的衍射否定了光的直线传播的结论D.光的衍射为光的粒子说提供了有力的证据,【解析】选B。光遇到障碍物都可以发生衍射现象,只不过有明显和不明显之分,A项错误;光波衍射形成明暗相间的条纹是叠加形成的,B项正确;光的衍射现象与光的直线传播并不矛盾,前者是波动性的体现,后者是粒子性的体现,故C、D项均错误。,2.(多选)(2018苏州高二检测)关于光的衍射现象,下列说法正确的是()A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹B.白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹C.光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑,说明发生了衍射D.光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿直线传播,不存在光的衍射,【解析】选A、C。单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹。白光的衍射图样是彩色条纹。光照到不透明圆盘上,在其阴影处出现亮点,是衍射现象。光的衍射现象只有明显与不明显之分,D项中屏上大光斑的边缘会变得模糊,正是光的衍射造成的,不能认为不存在衍射现象。,3.(多选)在单缝衍射实验中,下列说法中正确的是()A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变小(黄绿)B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变小C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变大D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变大,【解析】选A、C、D。当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播的路径越远,条纹间距越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越大,单缝到光屏的距离增大时,衍射条纹间距变大,则A、C、D正确,B错误。,【补偿训练】1.(多选)在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中,下列说法中正确的是()A.缝越窄,衍射现象越明显B.缝越宽,衍射现象越明显C.照射光的波长越长,衍射现象越明显D.照射光的频率越高,衍射现象越明显,【解析】选A、C。发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多,则A、C正确,B、D错误。,2.(多选)在城市交通中,用红灯表示禁止通行,其原理是()A.红光容易产生干涉B.红光照射的距离大C.红光容易引起人们的视觉反应D.红光容易产生衍射,【解析】选C、D。红光在可见光中的波长最长,容易发生衍射,在雾天、雨天、沙尘暴等恶劣天气里,使司机和行人都能看到红灯,避免交通事故的发生;同时红光也容易引起人们的视觉反应。,【通法悟道】单缝衍射规律(1)波长一定时,单缝窄的中央条纹宽,各条纹间距大。(2)单缝不变时,光波波长长的(红光)中央亮纹宽,条纹间隔大。(3)白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹,且外侧为红色,靠近光源的内侧为紫色。,主题二光的偏振【互动探究】,结合上述图片,回答以下问题。(1)如图甲、乙所示,探究狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置时,软绳形成横波后,有什么现象发生?若将这根绳换成细软的弹簧,前后推动弹簧形成纵波,又会出现什么现象?对比实验说明了什么?,提示:狭缝与振动方向平行放置时,横波能继续往前传播,狭缝与振动方向垂直放置时,横波不能继续往前传播,而纵波不受此条件限制。对比实验说明可以用类似的实验判断光波是横波而不是纵波。,(2)如图丙所示,偏振片有什么特点?对光的作用是怎样的?提示:偏振片由特定的材料制成,每个偏振片都有一个特定的方向,只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片。,(3)自然光和偏振光各有怎样的特点?提示:自然光:从普通光源(如太阳、电灯等)直接发出的光,包含着在垂直于光的传播方向上,沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。偏振光:自然光通过偏振片后,只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过,这时的光只沿着一个特定的方向振动。,(4)你能举出几个偏振现象应用的实例吗?提示:在照相机镜头前装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以减弱反射光而使景象清晰。夜晚行车时,对方照射过来的光很强,若加一个偏振片,可减弱对方灯光对眼睛的照射。立体电影、液晶显示也是利用了光的偏振原理。,【探究总结】1.光的偏振实验:(1)实验中第一块偏振片叫作起偏器,第二块偏振片叫作检偏器。当太阳光或灯光通过偏振片时,旋转偏振片可以从偏振片的另一侧观察到光。光的振动方向在光屏面的各个方向上。,(2)实验结论:横波只沿着某一个特定的方向振动,称为波的偏振,只有横波才有偏振现象,而纵波没有偏振现象。所以,光是一种横波。,2.偏振光的获得与应用:,3.自然光和偏振光的比较:,【典例示范】如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是(),A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变【解题指南】(1)自然光通过偏振片会变成偏振光。(2)当两偏振片相互垂直时,没有光再透过第二个偏振片。,【解析】选C。对白炽灯而言,无论偏振片P转动到哪个方向,获得的都是单一振动方向、强度都相同的偏振光;转动偏振片P时,只有透振方向和偏振片Q的透振方向相同时,才能有光透过,其他情况的光照强度均为零,所以答案选C。,【探究训练】1.下列现象中可以说明光是横波的是()A.光的干涉和衍射现象B.光的色散现象C.光的全反射现象D.光的偏振现象【解析】选D。光的偏振现象说明光的振动方向与传播方向垂直,即说明光是横波,所以正确选项为D。,2.(2018衡水高二检测)夜晚,汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼,严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃,使射出的灯光变为偏振光;同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透振方向正好与灯光的振动方向垂直,但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置,如下措施中可行的是(),A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是水平的B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是竖直的C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45,车灯玻璃的透振方向是斜向左上45D.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45,【解析】选D。此题要求自己车灯发出的光经对面车反射后仍能进入自己眼中,而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中。若前窗的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平,从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过窗玻璃,司机面前将是一片漆黑,所以A错误;若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直,则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼,B错误;若前窗玻璃的,透振方向是斜向右上45,车灯玻璃的透振方向是斜向左上45,则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本车窗内,却可以透射进对面车内,C错误,故D正确。,【补偿训练】(多选)如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮,则()A.图中a光为偏振光B.图中b光为偏振光C.以SP为轴将B转过180后,在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90后,在P处将看到光亮,【解析】选B、D。自然光在垂直于传播方向的平面内,沿各个方向振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方