教科版选修34 第5章 3 光的衍射与偏振　激光 学案.docx

3光的衍射与偏振激光 学习目标1.知道光产生明显衍射现象的条件，了解几种不同衍射现象的图样.2.能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析.3.认识光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别，能用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象.5.了解激光的特性及应用一、光的衍射导学探究让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑现象的变化缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？答案大约0.4 mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环知识梳理1光的衍射光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播方向，在屏上散开到相当大的范围，这种现象叫做光的衍射2衍射图像(1)定义：衍射时产生的明暗条纹或光环(2)单缝衍射图像的特点单色光：中央有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：中央是一条白条纹，两边是很快减弱的彩色条纹(3)圆孔衍射图像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，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3光的衍射现象进一步证明了光具有波动性即学即用判断下列说法的正误(1)衍射条纹图样是光波相互叠加的结果()(2)平时很难观察到光的衍射现象是因为一般的障碍物或缝比光波的波长大很多的缘故()(3)白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹()(4)光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射()(5)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()二、光的偏振导学探究 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导学探究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.知识梳理1线偏振光：如果光振动的方向限在一个平面，这种光叫线偏振光2自然光：通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向不同而互不相干的线偏振光组成的，称为自然光3光的偏振现象进一步证实光是横波即学即用判断下列说法的正误(1)偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同()(2)自然光通过偏振片后成为偏振光()(3)如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直，偏振光不能透过偏振片()三、激光导学探究激光作为一种人造光源在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮(如图3所示)等激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？图3答案相干性强、平行度好、亮度高知识梳理激光的特点及应用特点应用相干性强：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性光纤通信平行度好：激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度激光会聚一点，读取光盘上记录的信息，激光测距等亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做”光刀”，激发核聚变等即学即用判断下列说法的正误(1)激光是自然界普遍存在的一种光()(2)用激光做双缝干涉实验这是应用了激光具有高度的相干性的特点()(3)激光精确测距利用激光的平行度好的特点()(4)激光切割利用激光平行度好的特点()(5)全息照相利用了激光的相干性强的特点()一、光的衍射1衍射现象是否明显方面：入射光波长越大，障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小，衍射现象越明显2衍射条纹的亮度方面：小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越小例1(多选)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正确二、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，表明光是一种波例2如图4所示的四幅明暗相间的条纹，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(黑色部分表示亮条纹)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4a红黄蓝紫b红紫蓝黄c蓝紫红黄 d蓝黄红紫答案b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；又由于黄光波长比紫光波长大，故第四幅图为黄光的衍射图样，第二幅图为紫光的衍射图样区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗三、光的偏振1当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片2当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，则仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间例3如图5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5aa、b均不变 ba、b均有变化ca不变，b有变化 da有变化，b不变答案c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，只有与q的透振方向一致时才有光透过q，因此b点光的强度有变化，选项c正确四、激光的特点和应用1激光加工、激光医学(强度大、能量高度集中)2激光雷达测距、测速、光盘(方向性好，结合多普勒效应)3激光全息照相、激光检测(相干性好)4激光通信(覆盖波段宽而且可调谐)例4关于激光的应用问题，下列说法中正确的是()a光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的b光驱内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光相干性好的特点c医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点d“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点答案c解析由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，a错误光驱内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行性好，b错误医学中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点，c正确激光测距雷达利用的是激光的平行度和方向性好的特点，d错误1对于单缝衍射现象，下列说法正确的是()a缝的宽度d越小，衍射条纹越亮b缝的宽度d越小，衍射现象越明显c缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线d入射光的波长越短，衍射现象越明显答案b解析单缝宽度越小，衍射条纹的亮度越小，选项a错；入射光的波长越长，单缝宽度越小，衍射现象越明显，选项b对，选项c、d错2(多选)如图6所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样下列判断正确的是(图中黑色表示亮条纹)()图6a甲为单缝衍射的图样 b乙为双缝干涉的图样c甲为双缝干涉的图样 d乙为单缝衍射的图样答案ab解析双缝干涉图样的条纹间隔是均匀的，单缝衍射的条纹是中间宽、两侧逐渐变窄，由此可见选项a、b正确3(多选)鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物(糖)的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7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7a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处光的强度仍为最大，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处光的强度仍为最大，偏振片a转过的角度等于答案acd解析自然光通过偏振片后得到垂直于光的传播方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度，到达b的光的偏振方向与b的透振方向不完全一致，故o处光的强度会明显减弱，故a正确，b错误；若将a或b转动一个角度，使得o处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于，故c、d都正确4(多选)下列说法正确的是()a激光可用于测距b激光能量十分集中，只可用于加工金属材料c外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染d激光可用于全息照相，有独特的特点答案acd解析激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，选项a正确；激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，选项b错误；激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，选项d正确；由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤的同时，也能杀灭细菌，所以选项c正确一、选择题1关于衍射现象，下列说法正确的是()a泊松亮斑是光的衍射现象b当障碍物的尺寸比波长大很多时，能发生明显的衍射现象c缝的宽度越小，光的传播路线越接近直线d只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象答案a2(多选)用游标卡尺观察光的衍射现象时，下列说法中正确的是()a游标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游标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解析当游标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；狭缝越小，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3在一次观察光衍射的实验中，观察到如图1所示的清晰的明暗相间图样(黑线为暗条纹)，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，故选项d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4在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的()a强度大 b方向性好c相干性好 d覆盖波段宽且可调谐答案c解析频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光具有高度的相干性，通过双缝时能够得到两束相干光故本题的正确答案是c.5(多选)激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空激光火箭利用了激光的()a单色性好 b平行度好c高能量 d相干性好答案bc解析由于激光站与火箭相距较远，为了减少能量损失，必须要求激光具有很好的平行度，同时利用激光的高能量特点6(多选)以下说法中正确的是()a激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性b由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象c光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物d普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息答案acd7关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是()a光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理b光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的c光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象不能说明这一点d光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果答案d解析光的干涉现象和光的衍射现象都是波的特有现象，都是光波叠加的结果，白光的干涉条纹是彩色的，白光的衍射条纹也是彩色的，只是条纹间距特点及亮度特点不同而已8(多选)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9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、cbb、cca、ddb、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10两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯前面，有光通过，如果将其中一片旋转180，在旋转过程中可能会产生哪种现象()a透过偏振片的光强先增强，然后又减小到零b透过偏振片的光强先增强，然后减小到非零的最小值c透过偏振片的光强在整个过程中都增强d透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强答案d解析旋转其中一个偏振片时，根据两个偏振片的透振方向平行时光强最强，透振方向垂直时光强最弱的原则，可知旋转其中一个偏振片时，光强的变化可能出现先增强，再减弱，然后又增强的现象，也可能出现先减弱，后增强，再减弱的现象11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12(多选)光的偏振现象说明光是横波，下列现象中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，反射光线是偏振光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，可以看到彩色条纹答案abc解析自然光通过第一个偏振片后形成单一振动方向的偏振光，再通过第二个偏振片时，若偏振片的透射方向与此偏振光的振动方向垂直，则无光透过第二个偏振片，若二者