45光的衍射46光的偏振激光课件高二上学期物理人教版选择性

第四章光5.光的衍射6.光的偏振激光学习目标1.观察光的衍射现象,认识衍射条纹的特点。(物理观念)2.观察光的偏振现象,知道光是横波。(物理观念)3.知道产生明显衍射的条件。(物理观念)4.知道偏振现象和激光的应用。(科学态度与责任)基础落实·必备知识全过关一、光的衍射1.衍射现象光通过很窄的缝(很小的孔)时,没有沿直线传播,它绕过了缝(孔)的边缘,传播到了相当__________的地方。

2.单缝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在障碍物或狭缝的尺寸__________光的波长时,衍射现象十分明显。

宽

小于或等于

4.衍射光栅(1)结构:由许多__________的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。

(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。【要点提示】

光无条件的发生衍射,有条件的发生明显衍射。等宽

二、偏振现象1.偏振现象与偏振方向不同的横波,即使传播方向相同,__________也可能是不同的。这个现象称为“偏振现象”。横波的__________称为“偏振方向”。

振动方向

振动方向

2.光的偏振(1)自然光:太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上__________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”。

(2)偏振片:由特定的材料制成的光学仪器。(3)偏振片的透振方向:每个偏振片都有一个特定的方向,沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片,偏振方向与这个方向__________的光不能通过,这个方向叫作“透振方向”。

(4)偏振光:①通过偏振片的光波,在__________于传播方向的平面上,沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光。②自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光。

(5)偏振现象证明光是横波。

振动方向与传播方向垂直

光的能量

沿一切方向

相同垂直垂直3.偏振现象的应用在照相机镜头前装一片偏振滤光片,转动滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以减弱反射光的影响。【要点提示】

光的干涉、衍射证明光是波,偏振证明光是横波。三、激光的特点及其应用1.激光:1960年,美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了__________、__________、__________一致的光波,这就是激光。

2.激光的特点及应用(1)激光具有高度的相干性。(2)激光能像无线电波那样被调制,用来传递信息。(3)激光的平行度非常好,在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。激光的这个特点使它可以用来进行精确的测距。(4)激光的亮度很高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在很硬材料上打孔。频率相同

相位差恒定

振动方向

情境链接用两支铅笔夹成一条狭缝,将眼睛紧贴着狭缝并使狭缝与日光灯管平行,你会观察到什么现象?试解释这个现象。提示

会看到彩色条纹,是衍射现象。

教材拓展阅读教材第106页的“泊松亮斑”故事,从中你得到什么启发?提示

在物理研究中要有实事求是的精神,实验是研究物理的重要方法。易错辨析(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的尺寸很大。(

)(3)光的衍射说明光不能沿直线传播。(

)(4)凡是波都有偏振现象。(

)(5)反射可以引起自然光的偏振。(

)(6)由于激光的方向性好,所以激光不发生衍射现象。(

)(7)激光可做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好的特点。(

)√√××解析

只有横波才有偏振现象。

√×解析

一切波都能发生衍射。

×解析

“光刀”利用了激光能量高的特点。

重难探究·能力素养全提升探究点一光的衍射导学探究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的过程中,猜一猜光屏上依次可以看到的不同现象。提示

正方形孔较大时看到正方形光斑,孔逐渐减小看到屏上的正方形光斑由大到小,孔再减小看到圆形光斑,孔小到一定程度看到明暗相间的彩色条纹。知识归纳1.单缝衍射图样的特点(1)中央条纹最亮、越向两边越暗;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。2.圆孔衍射(1)圆孔衍射如图所示,当挡板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,为明暗相间的圆环。(2)圆孔衍射的图样特征①单色光: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。②白光:中央亮圆为白色,周围是彩色圆环。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)传播途中适当位置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。丙(2)形成泊松亮斑时,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。典例剖析角度1光的衍射现象【例题1】

(多选)对于光的衍射现象,下列说法正确的是(

)A.在障碍物或孔的尺寸足够小的时候,才能产生明显的衍射现象B.衍射现象是光特有的现象,只有光才会发生衍射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AD解析

光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性,在障碍物的尺寸足够小的时候,衍射现象比较明显,在障碍物的尺寸很大时,光可以看成是沿直线传播的,所以光的衍射现象和光沿直线传播是不矛盾的,它们是光在不同条件下产生的两种现象,衍射现象是波特有的现象,故A、D正确。对点演练1.某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后,分别得到如图所示的衍射图样。据此可以判断出(

)A.甲是光线射到圆孔后的衍射图样,乙是光线射到圆板后的衍射图样B.乙是光线射到圆孔后的衍射图样,甲是光线射到圆板后的衍射图样C.甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样,甲孔的直径较大D.甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样,乙板的直径较大A解析

圆孔衍射图样中央为大亮斑,而在圆板衍射图样中,中央为大阴影,只是在大阴影中心处有一个小亮斑,此即为泊松亮斑。所以,甲为圆孔衍射的图样,乙为圆板衍射的图样。角度2单缝衍射与双缝干涉的比较【例题2】

如图所示,a、b、c、d四个图样是两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样①,分析各图样的特点(黑色为亮条纹,a图样的亮条纹间距比b图样的大②,c图样中央亮条纹比d图样的宽)③,可以得出的正确结论是(

)A.a、b是光的衍射图样,c、d为光的干涉图样B.a、b是光的干涉图样,c、d为光的衍射图样C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短D.在同种介质中,形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率大B

教你析题

读取题干获取信息①两种光照射时,双缝的间距d和到光屏的距离L都相同、单缝的宽度都相同②a(b)图样条纹间距等宽,a图样较大③c(d)图样条纹间距不等宽,c图样中央条纹较宽教你破题

归纳总结

单缝衍射和双缝干涉的区别

种类单缝衍射双缝干涉图样

不同点产生条件一列光通过足够小的狭缝(发生明显衍射)频率相同的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等,中央条纹最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮,越向两侧条纹越暗各条纹亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹对点演练2.(多选)如图所示,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AB解析

双缝干涉图样的条纹间隔是均匀的,单缝衍射的条纹中间宽、两侧逐渐变窄,由此可知选项A、B正确。探究点二光的偏振导学探究在观看立体电影时,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?提示

立体电影的光是偏振光。因为光是横波,只有与偏振片透振方向一致的光才能通过。知识归纳1.偏振片偏振片由特定的材料制成,每个偏振片都有一个特定的方向,只有沿着这个方向振动的光波才能完全通过偏振片,这个方向叫作“透振方向”。偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。2.自然光和偏振光的比较

比较项自然光偏振光成因从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光自然光通过偏振片后就变成了偏振光,通常情况下的反射光、折射光均为偏振光振动方向在垂直于传播方向上沿着各个方向振动在垂直于传播方向的平面内只有一个振动方向经偏振片后现象比较

如上图所示,通过偏振片后,自然光就变成了偏振光,转动偏振片,偏振光的亮度不变,但偏振方向随之变化如上图所示,偏振光经偏振片后,①若偏振方向与透振方向平行,屏亮;②若垂直,则屏暗;③若介于两者之间,则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗典例剖析【例题3】

某兴趣小组剪裁、拼接偏振片来显示偏振光的偏振方向。先将偏振片按图甲的虚线剪出18片顶角为20°的等腰梯形,偏振片透振方向与各个等腰梯形的对称轴均平行,后将其拼接成圆环如图乙所示,制作成了“新型偏振片”。将“新型偏振片”放置在液晶屏幕前,观察液晶屏幕发出的白色偏振光,可能观察到的现象是(

)A解析

因为偏振片透振方向与各个等腰梯形的对称轴均平行,则假设沿某一方向偏振的光的偏振方向与该等腰梯形的偏振片的透振方向相同,则光线最强,与之共线对称的另一个等腰梯形透振方向也是与该偏振光平行的,光线也是最强的;与之垂直的两个等腰梯形的透振方向与该偏振光的方向垂直,则光线最暗,所以可能观察到的现象如图A所示,故选A。3.如图所示,白炽灯的右侧依次放置偏振片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C解析

旋转偏振片P,A处得到的是强度始终相同的偏振光,偏振光再经过偏振片Q,B处的光强随着P的转动而变化,当Q的透振方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时,B处的光强最弱,选项C正确。探究点三激光导学探究激光切割技术已广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高加工质量。现代的激光成了人们所幻想追求的削铁如泥的“宝剑”。激光切割是利用了激光的什么特点来完成的?提示

激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。知识归纳1.激光的产生激光是实验室中制造出的光,发光的方向、频率、偏振方向均相同,两列相同激光相遇可以发生干涉。2.激光的特点(1)激光是人工产生的相干光,其单色性好,相干性好。(2)激光的平行度好。从激光器发出的激光具有极好的平行性,几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后,激光斑扩展范围不过几厘米,而相同条件下,探照灯的光束能扩展到几十米范围。(3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。典例剖析【例题4】

(多选)关于激光与自然光,下列说法正确的是(

)A.激光的频率单一,而自然光是含有各种频率的光,所以激光的相干性好B.自然光是由物质的原子发射出来的,而激光是人工产生的,所以激光不是由物质的原子发射出来的C.激光和自然光都具有相同的本质,它们都是从原子中发射出来的D.相干性好是激光与普通光的根本区别ACD解析

激光的频率单一,相干性很好,自然光中含有各种频率的光,故A、D正确;激光和自然光都是从原子中发射出来的,故B错误,C正确。对点演练4.关于激光的应用,下列说法正确的是(

)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C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;计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好,B错误;医疗中用激光作“光刀”利用了激光的亮度高的特点,C正确;激光测距利用的是激光的平行度好的特点,D错误。学以致用·随堂检测全达标1234561.(光的衍射)(多选)关于光的衍射现象,下列说法正确的是(

)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黑相间的直条纹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AC解析

红光照到单缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹,A正确;白光的衍射图样是彩色条纹,B错误;光照到不透明小圆盘上,在其阴影中心处出现亮点,是衍射现象,C正确;光的衍射现象只有明显与不明显之分,虽然光沿直线传播,但仍存在光的衍射,D错误。1234562.(光的衍射)如图所示的四个图样中哪个是著名的泊松亮斑(

)B解析

泊松亮斑为光绕过不透光的圆盘而在圆盘阴影中心形成的一个亮斑,其图样周围还有明暗相间的圆环,故B正确;题图A小孔较大,没发生明显的衍射,题图D小孔较小,发生了小孔衍射,题图C为干涉条纹。1234563.(光的偏振)(多选)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q,在Q的后边放上光屏,如图所示,则下列说法正确的是(

)

A.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度不变B.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱C.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变D.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度时强时弱BD1