教科版选修34 光的衍射与偏振 第1课时 学案.docx

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？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，致使影的轮廓模糊不清，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相比，甚至比光的波长还小的时候，就会产生明显的衍射现象3衍射图样的特点(1)单缝衍射图样的特点：中央条纹亮而宽两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱光的波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，两侧为彩色条纹(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，外面是明暗相间的不等距(填“等距”或“不等距”)的圆环，越向外，亮环亮度越低白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环(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亮斑，这就是著名的泊松亮斑图样特点：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衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离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，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加二、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(1)产生条件(2)图样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，这种光叫自然光(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动的光叫偏振光平时看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光，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偏振光，入射角变化时偏振的程度也有变化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，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”3光的偏振现象表明光是一种横波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，可以阻挡反射光进入镜头(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0.2 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3a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4aa、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()图5a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acd1.(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，不存在光的衍射答案ac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6a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答案b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.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7a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，几乎为零答案ac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上的光强度最弱，几乎为零由此可知a、c选项正确4(光的偏振的应用)在拍摄日落时分水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是()a减弱反射光，从而使景物的像清晰b增强反射光，从而使景物的像清晰c增强透射光，从而使景物的像清晰d减弱透射光，从而使景物的像清晰答案a解析让偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，减弱进入镜头的反射光，使水下景物的像清晰题组一对光的衍射的理解1对光的衍射现象的定性分析，正确的是()a光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象b衍射条纹图样是光波相互叠加的结果c光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据d光的衍射现象完全否定了光沿直线传播的结论答案abc解析根据光的衍射现象的定义可知选项a正确；衍射图中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，选项b正确；因为衍射也是波特有的现象，所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项c正确；当障碍物较大时，光的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的，选项d错误2在单缝衍射实验中，下列说法正确的是()a其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄b其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄c其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽d其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽答案acd解析当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越大，黄光波长大于绿光波长，所以a、c正确；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹间距会变宽，b错误；当光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距会变宽，d正确3用卡尺观察光的衍射现象时，下列说法中正确的是()a卡尺形成的狭缝应平行于日光灯，且狭缝远离日光灯，人眼也远离狭缝进行观察b卡尺狭缝平行于日光灯观察时，可观察到中央为白色条纹，两侧为彩色条纹，且彩色条纹平行于日光灯c狭缝由0.5 mm宽度缩小到0.2 mm，条纹间距变宽，亮度变暗d狭缝由0.5 mm宽度扩展到0.8 mm，条纹间距变宽，亮度变暗答案bc解析当卡尺狭缝平行于日光灯，狭缝远离日光灯时，眼睛应靠近狭缝进行观察，观察到平行于日光灯的彩色条纹，且中央为白色条纹，a错误，b正确；狭缝越窄，衍射现象越明显，即条纹间距变宽，但亮度变暗，c正确，d错误4在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图1所示的清晰的明暗相间图样(黑线为暗纹)，那么障碍物应是()图1a很小的不透明的圆板b很大的中间有大圆孔的不透明的圆板c很大的不透明圆板d很大的中间有小圆孔的不透明的圆板答案d解析由题图可知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，且越向外，圆形条纹宽度越小，可判断此图样为圆孔衍射图样，故d选项正确；有的同学误选为a，要注意很小的不透明的圆板产生的图样中心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在阴影区的边缘有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射的图样是不同的5关于衍射光栅，下列说法正确的是()a衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的b衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类c透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝d透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝答案abd解析对于透射光栅来说，当光照到刻痕上时，由于光发生漫反射而不能透过，故选项c错6用单色光通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是()a用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的b用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的c中央均为亮点的同心圆条纹d中央均为暗点的同心圆条纹答案c解析小圆孔衍射图样，中央是亮的，亮点周围是明暗相间的同心圆条纹；小圆盘衍射图样，中央也是亮的，叫泊松亮斑，亮斑周围也有明暗相间的同心圆条纹，故只有c正确，a、b、d均错误7使太阳光垂直照射到一块遮光板上，板上有可以自由收缩的正方形孔，孔的后面放置一个光屏，在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中，光屏上依次可以看到几种不同的现象，试把下列现象依次排列_a圆形光斑b明暗相间的彩色条纹c变暗消失d正方形光斑e正方形光斑由大变小答案deabc解析由于光的波长很短，因此当孔很大时，不会发生明显的衍射现象，此时可看做光是近似沿直线传播的，在屏上得到孔的影；当孔逐渐变小时，虽不能使光发生明显的衍射现象，但可以在屏上得到太阳的像，即小孔成像；孔再逐渐变小时，光开始发生明显的衍射现象，出现明暗相间的彩色条纹；孔进一步变小直到闭合时，由于穿过光的能量减小而使光线变暗直至消失题组二单缝衍射与双缝干涉的比较8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答案ad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9抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图2所示激光束通过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同，则()图2a这是利用光的干涉现象b这是利用光的衍射现象c如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了d如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了答案bd解析由图样可知，这是利用了光的衍射现象，当丝变细时(相当于狭缝变窄)条纹间距变宽，b、d选项正确10在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图3的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()图3aa、c bb、cca、d db、d答案d解析单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样题组三对光的偏振的理解11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，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