教科版选修34 第五章 第3、4节 光的衍射与偏振　激光 学案.doc

第3、4节光的衍射与偏振激光1.障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多时，光将发生明显的衍射现象。2单色光的单缝衍射图像是中央一条较宽较亮的条纹，两边是对称而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱。白光通过单缝产生的衍射图像中央是一条白条纹，两边是很快减弱的彩色条纹。3自然光透过偏振片后形成线偏振光，偏振光通过偏振片的情况与光的偏振方向和偏振片的偏振方向的夹角有关。4激光是人工产生的相干光，是原子受激辐射产生的光，具有频率单一、强度大、相干性好等特点。光 的 衍 射自读教材抓基础(1)定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现亮条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑。(2)衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或光环。(3)单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为一条较宽较亮的条纹，两边是对称而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱。白光通过狭缝时，中央为白条纹。两边是很快减弱的彩色条纹。(4)圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。(5)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亮斑，这就是著名的泊松亮斑。跟随名师解疑难1三种衍射图样的特点比较(1)单缝衍射图样：中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小。缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低。中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。用白光做单缝衍射时，中央亮条纹仍然是最宽最亮的白条纹。(2)圆孔衍射图样：中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。如图531所示。图531圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。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的现象圆形亮斑(光的直线传播)、光的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)。(3)不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)：中央是亮斑。周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。2单缝衍射和双缝干涉的比较名称项目单缝衍射双缝干涉区别产生条件障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多频率、振动方向相同，相位差恒定的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等，越靠外条纹间距越小各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等联系干涉、衍射都是波特有的现象干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果学后自检(小试身手)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，图532四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()图532aa、cbb、cca、d db、d解析：选da图中是等间距的光的干涉图样，b图是单色光的单缝衍射图样，c图是水波的衍射图样，d图是白光的单缝衍射图样，可见d正确。光 的 偏 振自读教材抓基础1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，只有沿这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做透振方向。偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。2光的分类(1)自然光：太阳、电灯等普通光发出的光，包含着大量的、振动方向不同而互不相干的线偏振光。(2)线偏振光自然光通过偏振片后，只有振动方向与偏振片的透光方向平行的成分才能通过，得到的就是线偏振光。3结论光的偏振现象证实光是横波。跟随名师解疑难1自然光与偏振光的对比自然光(非偏振光)偏振光光的直接从光发出的光自然光通过偏振片后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与偏振片的透振方向一致)2.偏振光的产生方式(1)自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也会变化。自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90时，反射光和折射光都是偏振光，且是完全偏振光，偏振方向相互垂直。(2)自然光经过偏振片(起偏器)后能形成偏振光。偏振光可以用另一个偏振片(检偏器)检验。学后自检(小试身手)关于自然光和偏振光，以下说法正确的是()a自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同b偏振光是垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光c自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光d太阳、电灯等普通光发出的光都是自然光解析：选bd由定义可知，自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同，故a错误。自然光透过一个偏振片成为偏振光，但偏振光经过偏振片是不可以转化为自然光的，故c错误。激光自读教材抓基础1激光原子受激辐射产生的光，它是人工产生的相干光。2激光的特点(1)强度大：激光的强度可达1017w/cm2。(2)方向性好：激光光束的发散角为103rad数量级。(3)单色性好：激光的谱线宽度可窄达绿)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acd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，条纹间距也越大。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。光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽。故a、c、d均正确，b错误。对光的偏振的认识典题例析2奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，利用旋光仪这种仪器可以用测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射的光线看，偏振光的偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度，这一角度称为“旋光角”，的值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533所示，s是自然光，a、b是偏振片，绕中心轴转动偏振片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()图533a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处光的强度最大，则偏振片b转过的角度等于d将偏振片a转动一个角度，使得o处光的强度最大，则偏振片a转过的角度等于思路点拨光线经过被测样品后，偏振方向旋转了角度，要使光能穿过两偏振片，则a、b相差的角度也需是角。解析：根据题意可知， a、b两偏振片的透光方向相同，当被测样品置于a、b之间时，光线旋转一个角度，因此到达o处光的强度会明显减弱；为了使得o处的光线强度最大，则必须将其中一个偏振片旋转角度，使光线穿过偏振片时，光的偏振方向与偏振片的透光方向一致，故a、c、d正确。答案：acd探规寻律(1)自然光通过偏振片后，光的强度相同偏振方向可以不同。(2)偏振光通过偏振片时，透光的强度与偏振方向和透振方向的夹角大小有关。跟踪演练如图534所示 ，一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透射方向)()图534解析：选abd自然光通过起偏器后变为偏振光，能照亮光屏，a、b正确；偏振光经过偏振片时，若偏振方向相互垂直，则无光通过，光屏上无亮光，c错误，d正确。激光的应用典题例析3一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲。若这种激光器光脉冲的持续时间为1.01011 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.01010 w，问：(1)每个光脉冲的长度是多少？(2)用红宝石激光器照射皮肤上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量达到60 j以后，便逐渐消失。一色斑的面积为50 mm2，则它要吸收多少个红宝石激光脉冲，才能逐渐消失？思路点拨(1)光脉冲的速度大小等于c。(2)明确每个光脉冲的能量与脉冲个数的关系。解析：(1)光脉冲持续的时间为一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲的长度为lct3.01081.01011 m3.0103 m(2)一个光脉冲所携带的能量为ept1.010101.01011 j0.1 j消除面积为50 mm2的色斑需要光脉冲数为n 个300个答案：(1)3.0103 m(2)300个跟踪演练一台激光器，它的功率为p，如果它发射出的单色光在空气中的波长为，则这束单色光的频率是，它在时间t内辐射的光能为。如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为。解析：根据vf可得这束单色光的频率f；激光器在时间t内所做的功wpt转化为光能。这束单色光对该介质的折射率n，设它从该介质射向真空发生全反射的临界角为c，则sin c，所以有carcsin 。答案：ptarcsin 课堂双基落实1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，说明光发生了衍射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ac单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹。光照到不透明小圆盘上，在其阴影处出现光点，是衍射现象。光的衍射现象只有明显与不明显之分，选项d中屏上大光斑只是衍射现象不明显，不能认为不存在衍射现象。2下图535为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则()图535a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解析：选b光通过双缝产生干涉图样，通过单缝产生衍射图样，选项c、d错误。而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，选项b正确。3激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在 学技术和日常生活中应用广泛，下面关于激光的叙述正确的是()a激光是纵波b频率相同的激光在不同介质中的波长相同c两束频率不同的激光能产生干涉现象d利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离解析：选d激光是一种光，是横波，a错误；频率相同的激光在不同介质中的波长不同，b错误；两束频率不同的激光不能产生干涉现象，c错误；利用激光平行度好的特点可以测距，d正确。4(江苏高考)如图536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536aa、b均不变 ba、b均有变化ca不变，b有变化 da有变化，b不变解析：选c因白炽灯发出的光为自然光，含各个方向的偏振光，且各个方向的偏振光的强度都相同，偏振片p和q都只允许特定方向的偏振光通过，不管偏振片p旋转到任何位置都有光线通过，而且强度不变，所以a点的光的强度不变，当自然光通过偏振片p后变为偏振光，再通过偏振片q，旋转偏振片p，当偏振片p和q允许通过的方向相同，则b点最亮，当偏振片p和q允许通过的方向垂直时，b点最暗，所以b点光的强度会发生变化。所以只有c正确。课下综合检测1以下哪些现象可以说明光波是横波()a光的干涉b光的偏振c光的色散 d光的反射解析：选b光的干涉表明光的波动性，即光是一种波，选项a错。光的偏振表明光是横波，因为只有横波能发生光的偏振现象，选项b正确。光的色散可表明光是单色光还是复色光，选项c错。光的反射不能说明啥问题，选项d错。2沙尘暴是由于土地的沙化引起的恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这种情况是由于()a只有波长较短的一部分光才能到达地面b只有波长较长的一部分光才能到达地面c只有频率较大的一部分光才能到达地面d只有频率较小的一部分光才能到达地面解析：选bd据光发生明显衍射的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光能到达地面；根据知，到达地面的光的频率是较小的部分，故b、d正确。3在杨氏干涉实验装置的双缝后面各放置一个偏振片，若两个偏振片的偏振方向相互垂直，则有()a光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度减小b光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度增大c干涉条纹消失，光屏上一片黑暗d干涉条纹消失，但仍有光射到光屏上解析：选d由于两个偏振片的偏振方向相互垂直，所以经偏振片后的两束光的振动方向不再相同，不满足干涉条件，但仍有光到达光屏上。4两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯前面以致没有光通过。如果将其中的一片旋转180，在旋转的过程中，将会产生 ()a透过偏振片的光先增强，然后又减小到零b透过偏振片的光先增强，然后又减小到非零的最小值c透过偏振片的光在整个过程中都增强d透过偏振片的光先增强，再减弱，然后又增强解析：选a本题考查起偏器和检偏器的作用。当两个偏振片的偏振方向垂直时，没有光通过；当两个偏振片的偏振方向平行时，通过的光达最强。将其中的一片旋转180的过程中，两偏振片的偏振方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，然后又减小到零。5激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔t、双缝到屏之距离l以及相邻两条亮纹间距x。若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是()av bvcv dv解析：选b双缝干涉相邻亮(或暗)条纹间距x，又由dvt可得v，选项b对。6如图1所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝s形成细光束从空气射向柱体的o点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2。现保持入射光不变，将半圆柱绕通过o点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直。在入射光线的方向上加偏振片p，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这