教科版选修34 光的衍射与偏振 第1课时 学案.docx

光的衍射与偏振学习目标： 1 .知道光的衍射现象，知道几种衍射现象的图样 2 .理解光产生明显衍射的条件 3 .知道光的偏振现象，知道偏振是横波特有的性质 4 .知道偏振光和自然光，知道偏振光的应用学习重点：理解光产生明显衍射的条件学习难点：知道光的偏振现象，知道偏振是横波特有的性质。教学过程：1.基本知识(1)光的衍射现象单缝衍射单色平行光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹圆孔衍射光通过小孔(孔很小)时在屏幕上会出现明暗相间的圆环泊松亮斑：障碍物的衍射现象各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑(2)光产生明显衍射现象的条件障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多(3)光的衍射现象和光的直线传播的关系光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比障碍物或孔的尺寸小的多时，光可以看成沿直线传播；在小孔或障碍物尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，衍射现象就十分明显(4)衍射光栅结构由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加 2. 思考判断(1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象()(2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象() 3. 探究交流衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗？【提示】衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大，随着孔的减小，条纹亮度减弱光的偏振 1. 基本知识(1)横波与纵波的特点横波中各点的振动方向总与波的传播方向垂直纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上只有横波才有偏振现象(2)自然光和偏振光自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直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相同偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光(3)光的偏振偏振现象只有沿偏振片的“透振方向”振动的光波才能通过偏振片结论偏振现象表明，光是一种横波偏振光的形成(1)自然光通过偏振片后，得到偏振光(2)自然光在介质表面反射时，反射光和折射光都是偏振光偏振现象的应用(1)照相机镜头前(2)电子表的液晶显示 2 .思考判断(1)凡是波都有偏振现象()(2)反射可以引起自然光的偏振() 3. 探究交流为什么戴上偏振片眼睛时，可以清楚地看到水中的游鱼？【提示】由于水面反射的光对人眼产生干扰，使人不能清楚地看到水下的物体，从水面反射的光中包含有很多偏振光，偏振片眼镜可不让这些偏振光进入眼睛，则水中的物体可以比较清楚地被看到【问题导思】 1. 单缝过大就不能发生衍射了吗？ 2. 单缝和孔越小衍射条纹越明亮吗？ 3. 三种衍射图样各有什么特点？ 1. 单缝衍射图样(1)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(2)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(3)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(4)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮 2. 圆孔衍射图样(1)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1351所示圆孔衍射图1351(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱(3)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(4)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(5)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，光屏上依次得到几种不同的现象圆形亮斑(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) 3. 不透明的小圆板衍射图样(1)中央是亮斑(2)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小1 .衍射是波所特有的现象，一切波均能发生衍射现象 2 .光遇小孔、单缝或障碍物时，衍射现象只有明显、不明显之分，无发生、不发生之别 3 .可见光的波长范围：106107m，因此光的衍射现象不易观察到在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是()a将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄b使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄c换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽d增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽【解析】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，故选项a、c、d正确【答案】acd 1. 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】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。【答案】ac光的偏振现象【问题导思】 1. 光是横波，还是纵波？ 2. 自然光和偏振光有什么区别？ 1. 横波、纵波的判定方法(1)直接看质点的振动方向与波传播方向的关系若互相垂直，为横波；若在同一直线上，为纵波，这种方法适用于可看得见质点振动方向的机械波(2)看波能否通过两个互相垂直且共线的“狭缝”，能通过两个“狭缝”的为纵波，不能通过的为横波 2. 自然光和偏振光自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏振器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(与起振器透振方向一致) 1 .偏振现象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光，生活中除光源直接发出的光外，我们看到的绝大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的反射和折射光线，尤其是二者互相垂直时，都是典型的偏振光 2 .只有横波能发生偏振现象，即光是横波在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片p和q，在q的后边放上光屏，如图1352所示，则下列说法正确的是()图1352aq不动，旋转偏振片p，屏上光的亮度不变bq不动，旋转偏振片p，屏上光的亮度时强时弱cp不动，旋转偏振片q，屏上光的亮度不变dp不动，旋转偏振片q，屏上光的亮度时强时弱【审题指导】该题可按如下思路分析：太阳光是自然光振动方向与偏振片的透振方向相同的光透过两平行偏振片的透振方向平行时透光最多，垂直时不透光【解析】p是起偏振器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与p的透振方向一致，所以当q与p的透振方向平行时，通过q的光强最大；当q与p的透振方向垂直时通过q的光强最小，即无论旋转p或q，屏上的光强都是时强时弱【答案】bd 2. 例2中当p、q两偏振片的透振方向间的夹角为多少度时，透射光的强度最弱？【解析】两偏振片的透振方向相互垂直时，即为90角时，透射光最弱【答案】90角如图1353所示的4幅明暗相间的条纹图样，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)则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是()图1353a红黄蓝紫b红紫蓝黄c蓝紫红黄 d蓝黄红紫【规范解答】双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的条纹，因此1、3是干涉条纹，2、4是衍射条纹干涉条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此1是红光，3是蓝光同一单缝衍射条纹，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，4是黄光【答案】b名称项目单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小，任何光都能发生频率相同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各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮，两边最暗条纹清晰，亮度基本相等相同点成因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意义都是波特有的现象，表明光是一种波 1. 纵波不可能产生的现象是()a偏振现象b折射现象c干涉现象 d衍射现象【解析】偏振现象是横波的特有现象【答案】a 2. 用单色光做双缝干涉实验和单缝衍射实验，比较屏上条纹，下列说法中正确的是()a双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹b单缝衍射条纹是等间距的明暗相间的条纹c双缝干涉条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹d单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹【解析】干涉条纹是等间距且亮度基本一致的，而衍射条纹间距不相等，且中央亮条纹最亮、最宽，两侧依次宽度减小，亮度降低，故a、d正确【答案】ad 3. 下列哪些现象是光的衍射产生的()a泊松亮斑b阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑c阳光经凸透镜后形成的亮斑d平行光照在一个较大障碍物上后，影的轮廓模糊不清【解析】a、d中现象是由光的衍射产生的；b中的现象是由光的小孔成像产生的，c中的亮斑是由于透镜对光的汇聚作用而形成的【答案】ad 4. 如图1354所示，甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图象，其中图甲是光的_(选填“干涉”或“衍射”)图象由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径_(选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径图1354【解析】根据甲图中图样的特点可知甲图为单孔衍射的图样乙图中只有一个圆形亮斑，周围没有衍射条纹说明乙图所对应的情景中没有发生明显衍射，说明孔的尺寸比波长大得多【答案】衍射小于 1. 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】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【答案】cd 2 .关于自然光和偏振光，下列观点正确的是()a自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能b只有自然光透过偏振片才能获得偏振光c自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光d自然光和偏振光都能使感光底片感光【解析】光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光，而光振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，所以a错光的偏振现象并不罕见，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，所以b错光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以c错自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，d正确【答案】d 3 .观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，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衍射条纹的间距不变，只是亮度减弱【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，条纹间距也越大将缝调宽，现象向相反方向变化，故选项a正确【答案】a 4. 如图1355所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片p和q，以光的传播方向为轴旋转偏振片p或q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象这个实验表明()图1355a光是电磁波b光是一种横波c光是一种纵波 d光是概率波【解析】偏振现象是横波特有的，光的偏振现象说明光是一种横波，b正确【答案】b 5. 单色光源发出的光经一狭缝，照射到光屏上，可观察到的图象是()【解析】光的双缝干涉条纹是等间距、等宽度的明暗相间的条纹，而在光的单缝衍射图样中，中间是宽度最大、最亮的明条纹，在中央条纹两边的明条纹宽度越来越小，亮度也越来越低，故a正确【答案】a 6 在杨氏双缝干涉实验装置的双缝后面各放置一个偏振片，若两个偏振片的透振方向互相垂直，则()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，但仍有光射到光屏上d干涉条纹消失，光屏上一片黑暗【解析】因两偏振片的透振方向互相垂直，所以经双缝和偏振片透过去的两列光的振动方向不相同，因此不满足相干条件，不发生干涉，故没有条纹出现，选项a、b错误但仍有光透过去，所以仍有光射在屏上，只是一般的叠加，选项c正确，d错误【答案】c 7 .沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有十几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下()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】根据光明显衍射的条件，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光线能到达地面，据c/f知，到达地面的光是频率较小的部分b、d正确【答案】bd图1356 8、如图1356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，这时看到的现象是()a反射光束1消失b透射光束2消失c反射光束1和透射光束2都消失d偏振片p以入射光线为轴旋转90角，透射光束2消失【解析】自然光射到界面上，当反射光与折射光垂直时，反射光和折射光的偏振方向相互垂直，且反射光的偏振方向与纸面垂直，折射光的透振方向与纸面平行，因此当在入射光线方向垂直放上透振方向在纸面内的偏振片p时，因垂直于纸面无光；反射光束1消失，a正确，b、c均错误；偏振片转动90，平行于纸面内的光消失，则透射光束2消失，d正确【答案】ad 9. 光的偏振现象说明光是横波下列现象中不能反映光的偏振特性的是()a一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化b一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90时，反射光是偏振光c日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰d通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹【解析】通过手指的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象d错误【答案】d图1357 10.如图1357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，看不到亮光，则()a图中a光为偏振光b图中b光为偏振光c将b转过180后，在p处将看到光亮d将b转过90后，在p处