教科版选修34 第5章 3 光的衍射与偏振　激光 课件（37张）.pptx

第五章 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 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 光的衍射 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 答案大约0 4mm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 1 光的衍射光通过很小的狭缝 或圆孔 时 明显地偏离了方向 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 衍射时产生的条纹或光环 2 单缝衍射图像的特点 单色光 中央有一条的条纹 两边是对称而的条纹 亮条纹的强度向两边 白光 中央是一条条纹 两边是很快减弱的 直线传播 明暗 较宽较亮 明暗相间 白 彩色条纹 很快减弱 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 填 等距 或 不等距 的圆环 越向外 环亮度越 白光的圆孔衍射图样中央亮圆为 周围是圆环 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 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 不等距 低 白色 彩色 亮斑 波动性 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 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 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 这两种现象说明什么 答案 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 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 1 线偏振光 如果光振动的方向限在 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 不同而互不相干的组成的 称为自然光 3 光的偏振现象进一步证实光是波 一个平面 振动方向 线偏振光 横 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 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 三 激光 答案相干性强 平行度好 亮度高 答案 图3 激光的特点及应用 恒定 相同 一致 会聚一点 平行度 时间 空间 能量 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 题型探究 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 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 解析 答案 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 1 不同点 二 单缝衍射与双缝干涉的比较 1 产生条件 单缝衍射 只要狭缝足够小双缝干涉 频率相同的两列光波相遇叠加 2 图样 单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹 两侧亮条纹变暗变窄双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹 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 a 红黄蓝紫b 红紫蓝黄c 蓝紫红黄d 蓝黄红紫 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 解析 答案 图4 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 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 三 光的偏振 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a a b均不变b a b均有变化c a不变 b有变化d a有变化 b不变 图5 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 解析 答案 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 四 激光的特点和应用 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 解析 答案 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 达标检测 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 解析 答案 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 1 2 3 4 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 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d 乙为单缝衍射的图样 答案 1 2 3 4 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 图6 解析 1 2 3 4 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7 答案 解析 1 2 3 4 a 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 1 2 3 4 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