新高中物理 第十三章 4光的衍射 光的偏振课件 新人教版选修34.ppt

第十三章 光 学案4光的衍射光的偏振 目标定位 1 知道光的衍射现象 知道产生明显衍射现象的条件 2 知道衍射条纹的特点 了解衍射光栅 3 知道光的偏振现象 知道光是横波 4 知道偏振光和自然光的区别 能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象 知识探究 自我检测 一 光的衍射 问题设计 唐代诗人王维的诗句 空山不见人 但闻人语响 这种 闻其声而不见其人 的物理现象 这种现象是如何形成的呢 为什么声波容易发生衍射现象而光波不容易发生衍射现象呢 知识探究 答案诗句中描写的是声波的衍射现象 声波的波长较大 与日常生活中的物体可以相比 很容易发生明显衍射现象 故可以隔着障碍物 闻其声 但光的波长远小于日常生活中物体的尺寸 光在障碍物后形成阴影 故有 不见其人 的现象 要点提炼 1 光沿直线传播只是一种特殊情况 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射 致使影的轮廓 出现明暗相间的条纹 2 光产生明显衍射现象的条件在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长 甚至比光的波长的时候 就会产生明显的衍射现象 模糊不清 相比 还小 3 衍射图样的特点 1 单缝衍射图样的特点 中央条纹 两侧亮条纹具有对称性 亮条纹宽度逐渐 亮度逐渐 光的波长一定时 单缝窄的中央条纹 各条纹间距 单缝不变时 光波波长大的中央条纹 条纹间距 白光的单缝衍射条纹是中央为 两侧为 亮而宽 变窄 减弱 宽 大 宽 大 白色亮纹 彩色条纹 2 圆孔衍射图样的特点 单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度高 外面是明暗相间的 填 等距 或 不等距 的圆环 越向外 亮环亮度越 白光的圆孔衍射图样中央亮圆为 周围是圆环 3 泊松亮斑 障碍物的衍射现象 在单色光传播途中 放一个较小的圆形障碍物 会发现在阴影中心有一个 这就是著名的泊松亮斑 不等距 低 白色 彩色 亮斑 图样特点 中央是一个亮斑 圆板阴影的边缘模糊 阴影外边有明暗相间的圆环 4 衍射光栅是由许多的狭缝地排列起来形成的光学元件 由衍射光栅得到的衍射图样与单缝衍射相比 衍射条纹的宽度 亮度 等宽 等距离 变窄 增加 二 单缝衍射与双缝干涉的比较 问题设计 单缝衍射和双缝干涉得到的都是明暗相间的条纹 如何区别它们 答案它们的主要区别是 单缝衍射的条纹宽度不等 中央最宽 条纹间距不等 双缝干涉的条纹宽度相等 条纹间距相等 要点提炼 单缝衍射与双缝干涉的比较1 不同点 2 相同点 1 都有明暗相间的条纹 条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果 2 都是波特有的现象 表明光是一种波 三 偏振现象 问题设计 1 取一根软绳 一端固定在墙上 手持另一端上下抖动 软绳上形成一列横波 质点在竖直平面内沿着上下方向振动 如果手持绳的一端左右抖动 会在绳上形成另一列横波 质点在水平平面内沿着左右方向振动 现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板 分别将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置 观察发生的现象 如图1甲 乙所示 如果将这根软绳换成细软的弹簧 前后推动弹簧形成纵波 观察发生的现象 如图丙所示 这两种现象说明什么 图1 答案当机械波是横波时 若质点的振动方向与狭缝平行 则机械波能透过狭缝传播 反之则不能透过狭缝传播 对纵波而言 不管什么情况 纵波总能透过狭缝传播 2 如图2所示 取一个偏振片p 让阳光通过偏振片p 在p的另一侧观察 可以看到偏振片是透明的 在偏振片p的后面再放置另一个偏振片q 以光的传播方向为轴旋转偏振片q 会看到什么现象 这说明什么 图2 答案会看到在旋转q时光的亮度发生变化 偏振片的作用类似于1中狭缝的作用 只有振动方向与透振方向一致的光才能通过 当偏振片q与p的透振方向平行时 穿过q的光最强 当q与p的透振方向垂直时 光不能透过q 要点提炼 1 自然光和偏振光 1 自然光 太阳 电灯等普通光源发出的光 包含着在垂直于上沿方向振动的光 而且沿着各个方向振动的光波的都相同 这种光叫自然光 传播方向 一切 强度 2 偏振光 在垂直于传播方向的平面上 的光叫偏振光 平时看到的绝大部分光 都是不同程度的 自然光在玻璃 水面 木质桌面等表面反射时 反射光和折射光都是 入射角变化时的程度也有变化 2 偏振片和透振方向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 只有沿着振动的光波才能顺利通过偏振片 这个方向叫做 透振方向 沿着某个特定 的方向振动 偏振光 偏振光 偏振 这个方向 3 光的偏振现象表明光是一种波 4 偏振现象的应用 1 在摄影中的应用 在镜头前安装一片偏振滤光片 可以阻挡进入镜头 2 电子表液晶显示屏 在两块透振方向垂直的偏振片中插入一个液晶盒 可以控制光线显示数字 横 反射光 典例精析 一 对光的衍射的理解 例1观察单缝衍射现象时 把缝宽由0 2mm逐渐增大到0 8mm 看到的现象是 a 衍射条纹的间距逐渐变小 衍射现象逐渐不明显b 衍射条纹的间距逐渐变大 衍射现象越来越明显c 衍射条纹的间距不变 只是亮度增强d 以上现象都不会发生 解析由单缝衍射实验的调整与观察可知 狭缝宽度越小 衍射现象越明显 衍射条纹越宽 条纹间距也越大 本题是将缝调宽 现象相反 故选项a正确 b c d错误 答案a 二 单缝衍射与双缝干涉的比较 例2如图3所示的4幅明暗相间的条纹 分别是红光 蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光 紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样 黑色部分表示亮纹 则在下面的四幅图中从左到右排列 亮条纹的颜色依次是 图3 a 红黄蓝紫b 红紫蓝黄c 蓝紫红黄d 蓝黄红紫 解析双缝干涉条纹平行等距 且波长越大 条纹间距越大 而红光波长大于蓝光波长 故第一幅图为红光 第三幅图为蓝光 又由于黄光波长大于紫光波长 故第四幅图为黄光的衍射图样 第二幅为紫光的衍射图样 答案b 三 对光的偏振的理解 例3如图4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 图4 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 解析白炽灯光包含各方向的光 且各个方向的光强度相等 所以旋转偏振片p时各方向透射光强度相同 故a点光的强度不变 白炽灯光经偏振片p后为偏振光 当p旋转时 b点的光的强度有变化 选项c正确 答案c 例4一段时间以来 假奶粉事件 闹得沸沸扬扬 奶粉中碳水化合物 糖 含量是一个重要指标 可以用 旋光法 来测量糖溶液的浓度 从而鉴定含糖量 偏振光通过糖的水溶液后 偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度 这一角度 称为 旋光度 的值只与糖溶液的浓度有关 将 的测量值与标准值相比较 就能确定被测样品的含糖量了 如图5所示 s是自然光源 a b是偏振片 转动b 使到达o处的光最强 然后将被测样品p置于a b之间 则下列说法中正确的是 a 到达o处光的强度会明显减弱b 到达o处光的强度不会明显减弱c 将偏振片b转动一个角度 使得o处光强度最大 偏振片b转过的角度等于 d 将偏振片a转动一个角度 使得o处光强度最大 偏振片a转过的角度等于 图5 解析因为a b的偏振方向一致 故a b间不放糖溶液时 自然光通过偏振片a后 变成偏振光 通过b后到达o 当在a b间放糖溶液 由于溶液的旋光作用 使通过a的偏振光振动方向转动了一定角度 不能再通过b a对 b错 但当b转过一个角度 恰好使偏振片方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时 o处光强为最强 故b的旋转角度即为糖溶液的旋光度 所以c对 同理d也对 答案acd 课堂要点小结 1 2 3 4 1 对光的衍射的理解 关于光的衍射现象 下面说法正确的是 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白黑相间的直条纹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 说明光沿着直线传播 不存在光的衍射 自我检测 1 2 3 4 解析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 光照到不透明小圆盘上 在其阴影中心处出现亮点 即泊松亮斑 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模糊 正是光的衍射造成的 不能认为不存在衍射现象 答案ac 1 2 3 4 2 单缝衍射与双缝干涉的比较 如图6所示为红光和紫光通过相同的双缝和单缝所呈现的图样 则 图6 a 甲为紫光的干涉图样b 乙为紫光的干涉图样c 丙为红光的干涉图样d 丁为红光的干涉图样 1 2 3 4 解析干涉条纹平行 等宽 等间距 选项c d错误 干涉图样为明暗相间的条纹 且条纹间距为 x 光的波长越长 条纹间距越大 紫光的波长短 因而紫光干涉图样的条纹间距小 故正确选项为b 答案b 1 2 3 4 3 对光的偏振的理解 如图7所示 a b为两偏振片 一束自然光沿oo 方向射向a 此时在光屏c上透射光的强度最大 则下列说法中正确的是 图7 1 2 3 4 a 此时a b的透振方向平行b 只有将b绕oo 轴顺时针旋转90 屏上透射光的强度才会最弱 几乎为零c 将a或b绕oo 轴旋转90 屏上透射光的强度最弱 几乎为零d 将a沿顺时针旋转180 屏上透射光的强度最弱 几乎为零 1 2 3 4 解析当a b两偏振片的透振方向平行时 光屏c上的光强度最大 当二者透振方向垂直时 光屏c上的光