高中物理 第13章 光 5-6 光的衍射 光的偏振 新人教版选修3-4A

1、5光的衍射6光的偏振,填一填,练一练,1.光的衍射(见课本第59页) (1)衍射现象:光通过很窄的缝和很小的孔时,光没有沿直线传播,它绕过了缝或孔的边缘,传播到了障碍物后面的地方。 (2)衍射条纹的特点:一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、最亮,离中央条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越小。 (3)发生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小。 2.衍射光栅(见课本第61页) (1)结构:由许多等宽的狭缝等距离排列形成的光学元件。 (2)衍射图样的特点:与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加,填一填,练一练,3.偏振现象(见课本第63页) (1)自然光:由太阳、

2、电灯等普通光源发出的光,它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。 (2)偏振光:自然光垂直透过某一偏振片后,在垂直于传播方向的平面上,沿着某一特定方向振动的光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面的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所变化。 (3)只有横波才有偏振现象,填一填,练一练,4.偏振现象的应用(见课本第65页) (1)摄影中应用偏振光:为了消除反射光的影响,在镜头前安装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,减弱了反射光进入镜头。 (2)电子表的液晶显示屏:在两块透振方向互相垂直的偏振片当中插进一个液晶盒,液晶

3、具有各向异性的属性,特别是当偏振光经过液晶时,其振动方向会旋转90,利用这种特性控制光通过或不通过,从而显示数字的形状,填一填,练一练,由下列哪些现象可以说明光是横波() A.光的干涉和衍射现象B.光的折射现象 C.光的全反射现象D.光的偏振现象 解析:根据光能发生干涉和衍射现象,说明光是一种波,具有波动性;光的折射现象仅反映了光通过两种介质的界面时的一种传播现象,不能说明光是横波;根据光的全反射现象,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;光的偏振现象说明振动方向与光的传播方向垂直,即说明光是横波,所以正确选项为D。 答案:D,探究一,探究二,探究三,探究一三种衍

4、射图样的比较 问题导引 一单色光源发出的光经一狭缝照射到光屏上,可观察到的图像是下图中的哪一个?为什么,探究一,探究二,探究三,名师精讲 1.单缝衍射图样的特点 (1)中央条纹最亮、越向两边越暗,条纹间距不等。中央条纹最宽,越靠外,条纹间距越窄。 (2)缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮条纹的亮度降低。 (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。入射光波长越长,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,探究一,探究二,探究三,2.圆孔衍射 (1)圆孔衍射 如图所示,当挡板

5、AB上的圆孔较大时,光屏上出现图甲所示的情形,无明显的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射图样,出现明暗相间的圆环,探究一,探究二,探究三,2)圆孔衍射的图样特征 单色光的圆孔衍射图样:中央亮圆的亮度大,外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外,圆(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,探究一,探究二,探究三,3.圆板衍射 (1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓的边缘模糊不清,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,如图丙所示。 (2)形成泊松亮斑时,圆板阴影

6、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,丙,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题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: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。 答案:B,探究一,探究二,探究三,变式训练138190096用单色光分别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.用前者做实验时中央是暗的,用后者

7、做实验时中央是亮的 B.用前者做实验时中央是亮的,用后者做实验时中央是暗的 C.中央均为亮点的同心圆形条纹 D.中央均为暗点的同心圆形条纹 解析:前者为障碍物小圆盘的衍射,障碍物后的阴影中央是一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑,是光绕过盘的边缘后在中央叠加后形成的,在亮斑的周围有一个大的影区,在影区的边沿有明暗相间的圆环。圆孔衍射形成的图样是明暗相间的同心圆环,中央是明亮的。 答案:C,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,探究二单缝衍射和双缝干涉的比较 问题导引 在光的干涉和衍射实验中均可观察到明、暗相间的条纹,下列四幅图样中哪幅为双缝干涉图样,哪幅为单缝衍射图样,探究一,探究二,探究

8、三,名师精讲 单缝衍射与双缝干涉的比较,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题2】 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 解析:光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象,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。 答案:D,探究一,探究二,探究三,变式训练238190097用激光做单缝

9、衍射实验和双缝干涉实验,比普通光源效果更好,图像更清晰。如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色条纹,还能通过感光元件中的信号转换,在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是() A.当做单缝实验时,光强分布图如乙所示 B.当做单缝实验时,光强分布图如丙所示 C.当做双缝实验时,光强分布图如乙所示 D.当做双缝实验时,光强分布图如丙所示,探究一,探究二,探究三,解析:当做单缝实验时,中间是亮条纹,往两侧条纹亮度逐渐降低,且亮条纹的宽度不等,所以其光强分布如题图乙所示,A项正确,B项错误;当做双缝实验时,在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹,所以其光强分布如题图丙所示,C项错误,D项正确。

10、 答案:AD,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,探究三自然光和偏振光的比较 问题导引 在观看立体电影时,观众要戴上特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片。如果不戴这副眼镜,银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么,探究一,探究二,探究三,名师精讲 1.振动方向比较 自然光在垂直于光的传播方向的平面内,沿所有方向振动;偏振光在垂直于光的传播方向的平面内,沿某一特定的方向振动。 2.经过偏振片时现象比较 如图甲,自然光通过偏振片后变成偏振光,后面的屏是明亮的,转动偏振片时,偏振光的振动方向随之变化,但屏上亮度不变,甲,探究一,探究二,探究三,如图乙、丙,偏振光经过偏振片时,

11、若光的振动方向与偏振片的透振方向平行,屏是亮的;若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直,屏是暗的;若既不平行也不垂直,屏的亮度介于两者之间,随着振动方向与透振方向的夹角变大,亮度逐渐变暗,乙,丙,探究一,探究二,探究三,3.自然光、偏振光产生方式的比较 太阳、电灯等直接发出的光是自然光;自然光经偏振片后都是偏振光,自然光射到两种介质的交界面上,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题3】 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

12、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,探究一,探究二,探究三,解析:自然光沿各个方向振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光,则选项A错误;它通过偏振片A后,即变为偏振光,则选项B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,则偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180后,在P处看不到光亮,即选项C错误;若将B转过90,则该偏振片将变为能通过竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处可看到光亮,选项D正确。 答案:BD,探究一,探究二,探究三,变

13、式训练338190098如图所示,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,解析:白炽灯光是自然光,包含各个方向的光,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,此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q,因此在旋转P时B点的光强有变化,选项C正确。 答案:C,探究一,探究二,探究三,1 2 3 4 5,1.观察单缝衍射现象时,把缝宽由0.2 mm逐

14、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:观察衍射图样发现:狭缝的宽度逐渐变小,衍射现象越来越明显,衍射条纹间距变大。本题是缝宽增大,所以选项A正确。 答案:A,1 2 3 4 5,2.关于自然光和偏振光,以下说法正确的是() A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同 B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光 C.自然光透过两个偏振片后可还原为自然光 D.太阳、电灯等

15、普通光源发出的光都是自然光 解析:自然光沿各振动方向的光波的强度相同,选项A错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定方向振动,选项B正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,选项C错误;太阳、电灯等普通光源发出的是自然光,选项D正确。 答案:BD,1 2 3 4 5,3.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,当反射光与折射光之间的夹角恰好是90时,反射光是偏振光 C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振光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:通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象,与偏振无关,故选项D不符合题目要求。 答案:D,1 2 3 4 5,4.关于光栅,下列说法正确的是() A.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变窄 B.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变宽 C.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变暗 D.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变亮 解析:根据光栅的特点可知选