人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案1：4 5-4 6 光的衍射 光的偏振 激光

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE14.5-4.6光的衍射光的偏振激光〖学习目标〗1．知道光的衍射现象和产生明显衍射的条件。2．了解如何通过实验观察光的衍射现象，并可以区分几种不同的衍射图样。3．观察光的偏振现象，知道光是横波，知道自然光和偏振光的区别。4．知道偏振现象的一些应用，了解激光的特征和应用。5．能解释日常生活中的衍射并初步了解衍射光栅。〖知识梳理〗知识点1光的衍射1．衍射现象光通过很窄的缝和很小的孔时，光没有沿______传播，它绕过了缝或孔的边缘，传播到了障碍物______的地方。2．产生明显衍射现象的条件障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长______，甚至比光的波长______。知识点2衍射图样1．单缝衍射的条纹特点(1)中央条纹为__________，离中心条纹越远，亮条纹的宽度______，亮度______。(2)狭缝越窄，中央亮条纹______。2．圆盘衍射(泊松亮斑)(1)现象用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个______。(2)衍射图样的特点圆形阴影中心有一______，与小孔衍射图样有明显区别。知识点3衍射光栅1．结构有许多等宽的狭缝__________排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越______，亮度越______。2．衍射图样的特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变______，亮度______。3．衍射光栅的种类______光栅和______光栅。知识点4光的偏振及应用1．偏振现象不同的横波，即使传播方向相同，振动方向_______________。这个现象称为“偏振现象”。2．光是一种横波光的干涉和________现象说明光具有波动性，光的________现象说明光是一种横波。3．自然光太阳、日光灯等普通光源发生的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都______。这种光是自然光。4．偏振光光在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的__________。这种光叫作偏振光。5．偏振光的应用在拍摄水中的游鱼、玻璃橱窗的陈列物时，由于水或玻璃表面的反射光的干扰，常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片______________，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以______反射光而使景象清晰。知识点5激光的特点及应用特点性质应用相干性激光具有频率______、相位差______、偏振方向______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激光的______非常好，传播______的距离仍能保持一定的强度精确的______；读取光盘上记录的______等高亮度它可以在很小的_____和很短的_____内集中很大的能量用激光束______、焊接、医学上可以用激光做“______”；激发核反应等〖要点剖析〗一、对光的衍射现象的理解1．光的衍射(1)产生明显衍射现象的条件障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多。(2)光是一种波光的干涉现象已经表明光是一种波，由于衍射也是波的特点，则光能够衍射，因此，光能够绕过障碍物或通过小孔进入阴影区而传播，即发生衍射现象。(3)可见光的波长范围10－6m～10－7m，由发生明显衍射现象的条件可知，光的衍射现象不易观察。2．三种不同的衍射现象(1)单缝衍射单缝衍射图样的特点①单色光的单缝衍射图样是明暗相间、亮度越来越暗且不等距的条纹，中央是亮纹，亮度大，宽度也大；波长越长，条纹间距越大，中央亮纹越宽；②白光的单缝衍射图样中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央亮纹的色光是紫光，最远离中央的是红光。(2)圆孔衍射①单色光的圆孔衍射图样中央亮纹的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环，越向外，亮环亮度越低；②白光的圆孔衍射图样中央亮纹为白色，周围是彩色圆环。(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，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。特别提醒：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)、完全黑暗。例1(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则下列描述正确的是()A．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二、单缝衍射与双缝干涉的比较名称项目单缝衍射双缝干涉不同点产生条件障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多频率、振动方向相同，相位差恒定的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等，越靠外条纹间距越小各相邻条纹等间距亮度中间条纹最亮，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等相同点成因干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果意义干涉、衍射都是波特有的现象，表明光是一种波特别提醒：(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。例2一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，只存在一片红光三、对光的偏振现象的理解1．偏振现象波的偏振①狭缝对横波、纵波的影响如果在波的传播方向上放一带狭缝的木板，不管狭缝方向如何，纵波都能自由通过狭缝；对横波，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能毫无阻碍地通过狭缝；当狭缝的方向与质点的振动方向垂直时，横波就不能通过狭缝，这种现象叫作偏振。如图所示。②横波独有的特征偏振现象是横波所特有的，故利用偏振现象可判断一列波是横波还是纵波。2．光的偏振(1)光属于电磁波，是横波，具有偏振性。从普通光源直接发出的光(自然光)，包含在垂直于光的传播方向上一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波是均匀的，不显示偏振性。如图，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。(2)自然光通过偏振片后，只有振动方向跟透振方向一致的光才能通过。这时的光只沿着一个特定的方向振动，显示偏振性。如图，偏振光经过偏振片时，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，随振动方向与“透振方向”的夹角变大，亮度逐渐变暗。3．自然光与偏振光的比较自然光(非偏振光)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(与起偏器的偏振方向一致)特别提醒(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。例3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不变四、偏振光的应用偏振光的应用非常广泛。例如(1)在摄影中的应用：在镜头前安装一片偏振滤光片，可以减弱进入镜头的反射光。(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4(多选)如图所示是立体电影的工作原理图，观众戴上一副特殊的眼镜就能看到由立体电影放出的立体图像。关于立体电影，以下说法正确的是()A．观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛B．这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片C．戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像D．产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同五、激光及应用1．激光的产生激光是人工产生的相干光。2．激光具有的特点(1)相干性好所谓相干性好，是指容易产生干涉现象。普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件。所以，现在我们做双缝干涉实验时，无须在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹。利用相干光易于调制的特点传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量。(2)平行度非常好与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距。现在利用激光测量地月距离精确度已达到1m。(3)激光的亮度非常高它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温。(4)激光单色性很好激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的。例5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．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点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

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖知识梳理〗知识点1直线后面相当还小知识点2亮条纹变窄变暗越暗亮斑亮斑知识点3等距离窄亮窄增加反射透射知识点4也可能是不同的衍射偏振相同方向振动偏振滤光片减弱知识点5相同恒定相同平行度很远测距信息空间时间切割光刀〖要点剖析〗例1〖答案〗BD〖解析〗上述现象符合光的衍射产生的条件，故B正确；由衍射产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故D也正确。例2〖答案〗B〖解析〗衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样的中央明条纹较宽，两侧都出现明暗相间的条纹；干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间隔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。例3〖答案〗C〖解析〗白炽灯发出的光为自然光，通过偏振片P后变成偏振光，旋转P，A点光的强度不变；当P与Q的偏振方向一致时，B点光的强度最大。当P与Q的偏振方向垂直时，B点光的强度最小，所以选项C正确。例4〖答案〗BD〖解析〗放立体电影时有左右两架放映机同时工作，如上图所示，在每架放映机前装有一块偏振镜子，其偏振方向互相垂直，因此从放映机前偏振镜射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经屏幕反射