高中物理 13.5 光的衍射 13.6 光的偏振课件 新人教版选修34.ppt

一 三种衍射图样的特点比较 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 如图所示 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 泊松亮斑 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 10 6 10 7m 因此光的衍射现象不易观察到 典例1 2011 石家庄高二检测 观察单缝衍射现象时 把缝宽由0 2mm逐渐增大到0 8mm 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 解题指导 清楚发生明显衍射的条件 衍射图样在单缝宽度变化时的变化规律 标准解答 选a 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 变式训练 某同学以线状白炽灯为光源 利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后 总结出以下几点 你认为错误的是 a 若狭缝与白炽灯平行 衍射条纹与狭缝平行b 若狭缝与白炽灯垂直 衍射条纹与狭缝垂直c 衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关d 衍射条纹的间距与光的波长有关 解析 选b 若狭缝与白炽灯平行 则衍射条纹与狭缝平行且现象明显 衍射条纹的疏密程度与缝宽有关 狭缝越小 条纹越疏 条纹间距与波长有关 波长越长 间距越大 若狭缝与白炽灯垂直 看到的是平行缝的衍射的亮点或较短的条纹 故选项b错误 变式备选 用一单色光源垂直照射带有圆孔的不透明光屏 下列几种情况中 在圆孔后面的光屏上各看到什么现象 1 圆孔的直径为1cm 2 圆孔的直径为1mm 3 圆孔的直径为0 5 m 解析 1 当圆孔的直径为1cm时 在光屏上只能看到与圆孔形状相同的亮斑 这是光沿直线传播的结果 2 当圆孔的直径为1mm时 在光屏上能看到单色光源倒立的像 这是小孔成像 也是光沿直线传播的结果 3 当圆孔的直径为0 5 m时 在光屏上能看到衍射条纹 这是由于小孔的尺寸与光波波长差不多 光发生衍射的结果 答案 1 亮斑 2 像 3 衍射条纹 二 单缝衍射与双缝干涉的比较 1 单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉 从而理解条纹相间排列 2 光波的波长增大 衍射条纹 干涉条纹的宽度都变大 3 复色光的衍射或干涉图样 可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加 典例2 2011 塘沽高二检测 如图所示的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 解题指导 在分析干涉 衍射图样的区别时 主要注意图样条纹宽度的情况 若条纹宽度相等 则是干涉条纹 若中间条纹最宽 两边越来越窄 则是衍射条纹 分析光的颜色时 主要是看条纹的间距 波长越长 条纹越宽 间距越大 标准解答 选b 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 规律方法 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 两侧的亮条纹逐渐变窄 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 变式训练 在单缝衍射实验中 下列说法中正确的是 a 换用波长较长的光照射 衍射条纹间距变窄b 换用波长较长的光照射 衍射条纹间距变宽c 使单缝宽度变小 衍射条纹的亮度降低 间距变窄d 增大单缝到屏的距离 衍射条纹间距变宽 解析 选b d 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 换用波长较长的光照射 条纹间距变宽 故a错 b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 故c错 当光的波长一定 单缝宽度也一定时 增大单缝到屏的距离 衍射条纹间距也会变宽 故d正确 三 自然光和偏振光的比较 自然光和偏振光的比较见表 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 并且是完全偏振光 振动方向相互垂直 2 只有横波才能发生偏振现象 光是横波 典例3 2011 青岛高二检测 奶粉的碳水化合物 糖 的含量是一个重要指标 利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度 从而测定含糖量 其原理是 偏振光通过糖的水溶液后 若迎着射来的光线看 偏振光的偏振方向会以传播方向为轴线 旋转一个角度 这一角度称为 旋光角 的值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 如图所示 s是自然光源 a b是偏振片 绕中心轴转动偏振片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 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处光的强度最大 则偏振片b转过的角度等于 d 将偏振片a转动一个角度 使得o处光的强度最大 则偏振片a转过的角度等于 解题指导 光线经过被测样品后 偏振方向旋转了 角度 要使光能穿过两偏振片 则a b相差的角度也需是 角 标准解答 选a c d 根据题意可知 开始a b两偏振片的透光方向相同 当被测样品置于a b之间时 光线旋转一个角度 因此到达o处光的强度会明显减弱 为了使得o处的光线强度最大 则必须将其中一个偏振片旋转角度 使光线穿过偏振片时 光的偏振方向与偏振片的透光方向一致 变式训练 2011 福州高二检测 将两个偏振片紧靠在一起 放在一盏灯的前面 眼睛通过偏振片看到的光很弱 如果将其中一个偏振片旋转180 在旋转过程中会观察到 a 灯光逐渐增强 然后逐渐减弱b 灯光强度保持不变c 灯光逐渐增强 没有减弱现象d 灯光逐渐增强 再减弱 然后增强到最亮 解析 选a 眼睛通过两偏振片看到的光很弱 是因为两偏振片的透振方向垂直 在旋转其中一个偏振片的过程中 透振方向逐渐一致 光逐渐增强 当两个偏振片的透振方向一致时 光线最强 继续旋转偏振片时 透振方向又逐渐偏离 光线逐渐减弱 所以选项a正确 典例 如图所示 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光亮 则 a 图中a光为偏振光b 图中b光为偏振光c 以sp为轴将b转过180 后 在p处将看到光亮d 以sp为轴将b转过90 后 在p处将看到光亮 标准解答 选b d 自然光沿各个方向是均匀分布的 通过偏振片后 透射光是沿着某一特定方向振动的光 从电灯发出的光是自然光 则选项a错误 它通过a后 变成偏振光 则选项b正确 在p处看不到光亮 则a b的透振方向垂直 若将b转过180 后 两偏振片透振方向仍垂直 仍看不到光亮 若将b转过90 后 两偏振片透振方向一致 能看到光亮 故选项c错误 选项d正确 一 选择题1 2011 三明高二检测 下列关于偏振光的说法中正确的是 a 自然光就是偏振光b 沿着一个特定方向传播的光叫偏振光c 沿着一个特定方向振动的光叫偏振光d 单色光就是偏振光 解析 选c 自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光 而且沿各个方向振动的光波的强度都相同 只有沿着特定方向振动的光才是偏振光 所以选项c正确 2 2011 佛山高二检测 对衍射现象的定性分析 不正确的是 a 光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生传播的现象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的直线传播结论 解析 选d 衍射现象是波绕过障碍物发生传播的现象 衍射条纹是波的叠加的结果 干涉 衍射是一切波所具有的特性 所以选项a b c正确 光的直线传播只是近似的 只有在光的波长比障碍物小的多的情况下 光才看做沿直线传播的 所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的 所以选项d错误 3 2011 西安高二检测 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 选a c 单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹 白光的衍射图样是彩色条纹 光照到不透明小圆盘上 在其阴影处出现光点 是衍射现象 光的衍射现象只有明显与不明显之分 选项d中屏上大光斑只是衍射现象不明显 不能认为不存在衍射现象 4 在拍摄日落水面下的景物时 应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 解析 选a 由于反射光的干扰 景物的像常常比较模糊 装上偏振片的目的是减弱反射光 所以偏振片的透振方向应与反射光的振动方向垂直 但不能增强透射光 故选项a正确 5 2011 洛阳高二检测 如图所示 a是一偏振片 a的透振方向为竖直方向 下列四种入射光束哪几种照射a时能在a的另一侧观察到透射光 a 太阳光b 沿竖直方向振动的光c 沿水平方向振动的光d 沿与竖直方向成45 的光 解析 选a b d 只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直 光都能通过偏振片 太阳光 沿竖直方向振动的光 沿与竖直方向成45 角振动的光均能通过偏振片 6 2011 福州高二检测 在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样 下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是 a a cb b cc a dd b d 解析 选d 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 二 非选择题7 如图所示 a b两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图象 其中图a是光的 填 干涉 或 衍射 图象 由此可以判断出图a所对应的圆孔的孔径 填 大于 或 小于 图b所对应的圆孔的孔径 解析 小孔衍射时 孔的直径越小 衍射越明显 答案 衍射小于 8 201