教科版选修34 第五章 第3讲第4讲 光的衍射与偏振　激光 学案.docx

第3讲光的衍射与偏振第4讲激光目标定位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1概念：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)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光的衍射现象进一步证明了光具有波动性二、光的偏振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三、激光1激光的特殊性质：强度大、方向性好、单色性好、相干性好、覆盖波段宽而且可调谐2激光具有广泛的应用：如激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排、光盘等.一、对光的衍射的理解1光产生明显衍射的条件障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长小2衍射图样的特点(1)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，中央为亮条纹中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹波长一定时，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，条纹间距大图1(2)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环，如图1所示(3)圆板衍射(泊松亮斑)若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，衍射图样如图2所示图2中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环例1在单缝衍射实验中，下列说法正确的是()a将入射光由黄光换成绿光，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，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，条纹间距越大，b错误；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，d正确答案acd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如图所示的4种明暗相间的条纹，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)则在下面的四个图中，哪个图是蓝光形成的干涉图样()解析双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距；波长越短，条纹间距越小，故a是蓝光的干涉图样，c是红光的干涉图样；单缝衍射条纹是中间亮且宽，越向两侧宽度越小越暗；波长越长，中央亮条纹越宽，故b、d是衍射图样；因紫光比黄光波长短，所以b是紫光的衍射图样，d是黄光的衍射图样选项a正确答案a三、对光的偏振的理解1偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是刻上的真实狭缝2只要光的振动方向不与透振方向垂直，都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些3自然光和偏振光自然光偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏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(与起偏器透振方向一致)举例太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光自然光在介质表面反射和折射形成的光4.偏振现象的应用举例(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)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字(3)夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理(4)立体电影也利用了光的偏振原理例3如图3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3aa、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，透过q的光的强度发生变化，因此b点的光强有变化，选项c正确答案c四、激光的应用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正确答案acd光的衍射现象1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，说明光沿着直线传播，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小圆盘上，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单缝衍射与双缝干涉图样的比较2如图4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)()a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 图4d乙为单缝衍射的图样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正确答案ab光的偏振3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都正确答案acd激光的应用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.答案c题组一光的衍射1对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是()a只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比相差不大甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象b光的衍射现象是光波相互叠加的结果c光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论d光的衍射现象说明了光具有波动性解析光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线传播，而要出现小孔成像，孔不能太小，光的直线传播规律只是近似的，只有在光的波长比障碍物小很多的情况下，光才可以看成是直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，故上述选项中正确的是a、b、d.答案abd2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a3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答案d4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，此时可看作光是近似沿直线传播的，在屏上得到孔的影；当孔继续减小时，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；孔再继续减小时，光开始发生明显的衍射现象，出现明暗相间的彩色条纹；孔进一步减小直到闭合时，由于穿过光的能量减小而使光线变暗直至消失答案deabc题组二光的衍射与干涉的比较5关于衍射，下列说法中正确的是()a衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果b双缝干涉中也存在着光的衍射现象c一切波都很容易发生明显的衍射现象d影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实解析干涉和衍射都是波叠加的结果，干涉中有衍射现象，衍射中也有干涉现象当障碍物的尺寸远大于波长时，衍射现象不明显，因而形成影，但影的形成与衍射现象并不矛盾答案ab6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2的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()图2aa、c bb、c ca、d db、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是水波的衍射图样答案d7一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹，现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到()a与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些b与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央明条纹变宽些c只有一条与缝宽对应的明条纹d无条纹，只存在一片红光解析双缝为相干光源的干涉，单缝为光的衍射，且干涉和衍射的图样不同衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样中央明条纹较宽，两侧都出现明暗相间的条纹，干涉图样为等间距的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间距的明暗相间的条纹，且亮度迅速减弱，所以本题正确选项为b.答案b题组三光的偏振8下列现象中可以说明光是横波的是()a光的干涉现象 b光的衍射现象c光的全反射现象 d光的偏振现象解析光能发生干涉和衍射现象，说明光是一种波，具有波动性；光的全反射现象，说明光由光密介质进入光疏介质和由光疏介质进入光密介质会有不同的现象；光的偏振现象说明光的振动方向与传播方向垂直，即说明光是横波，所以正确选项为d.答案d9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，若二者平行则透射光最强，故选项a反映了光的偏振现象；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垂直时，反射光线和折射光线都是偏振光且偏振方向垂直，选项b反映了光的偏振；拍摄水中景物或玻璃橱窗中景物时，由于水或玻璃表面反射光较强，使所拍摄景物不清晰，在照相机镜头前装上偏振片，使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，可以有效防止反射光进入照相机，从而所拍景象更清晰，选项c反映了光的偏振；通过手指间的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象答案abc10下面关于光的偏振现象的应用正确的是()a自然光通过起偏器后成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向b立体电影利用了光的偏振现象c茶色眼镜利用了光的偏振现象d拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响答案abd11如图3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3a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，屏上透射光的强度最弱，几乎为零c不论将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，几乎为零解析当a、b两偏振片的透振方向平行时，光屏上的光强度最大；当二者透振方向垂直时，光屏上的光强度最小，几乎为零，由此可知a、c选项正确答案ac题组四激光及应用12对