4.6光的衍射与偏振 课件-高二上学期物理教科版选择性必修第一册

第6节光的衍射与偏振

一、光的衍射1.定义：光通过很小的狭缝时，明显地偏离了原来的方向。按照直线传播的规律应该属于阴影的区域也会出现明条纹；反之，应该属于亮区的地方也会出现暗的区域。这种现象叫作光的衍射。

衍射时产生的明暗相间的图样叫作衍射图样。

任何障碍物都可以使光发生衍射，衍射是波所特有的现象2.发生明显衍射的条件孔或障碍物的尺寸与光的波长比差不多，甚至比光的波长还小注意：光的衍射不需要条件，只是有的明显有的不明显3.光的衍射现象进一步证明了光具有波动性。

二、单缝衍射图样1.单色光（1）中央亮纹较宽较亮（2）两边是对称、明暗相间且不等间距的条纹（3）亮条纹的强度向两边很快减弱，逐渐变暗变窄思考1：中央亮纹的宽度与哪些因素有关？波长越长，中间条纹更宽，条纹间距更大，衍射越明显单缝越窄，中间条纹更宽，条纹间距更大，衍射越明显。思考2：如果用白光照射，衍射条纹如何？为什么？2.白光：中央是一条白色条纹，两边是很快减弱的彩色条纹3.单缝衍射与双缝干涉条纹的区别干涉：各明纹或暗纹宽度和亮度基本相同条纹间距相等（d<<L时）衍射：中央条纹最宽最亮，两侧条纹宽度和亮度逐渐减小条纹不等间距

二、单缝衍射图样

种类项目单缝衍射双缝干涉不同点产生条件狭缝足够小(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3.单缝衍射与双缝干涉条纹的区别

二、单缝衍射图样

三、圆孔衍射图样ABS1.现象：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。2.特点：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；

越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。

波长越长，中央圆形亮斑的直径越大。

四、圆板衍射(泊松亮斑)1.现象：在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。衍射图样如图所示。2.特点：中央有较小的亮斑，圆板阴影的边缘模糊，阴影外有不等间距的明暗相间的圆环

例1小红利用图(a)所示的装置观察红光的干涉、衍射现象，其中P是光学元件，且P到光屏的距离恒定，通过实验在光屏上得到了图(b)所示甲、乙、丙、丁四种图样。下列说法正确的是A.甲对应的P是双缝，双缝间距较大B.乙对应的P是双缝，双缝间距较大C.丙对应的P是单缝，缝的宽度较宽D.丁对应的P是单缝，缝的宽度较窄√

例2

(多选)某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法正确的是A.甲图属于圆孔衍射B.乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑C.不管是圆孔衍射还是圆板衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的D.发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到

障碍物的影子里√√√

是横波特有的现象

五、光的偏振横波会发生偏振现象，纵波不会发生偏振现象。偏振思考：我们能否利用类似的实验来判断光波是横波还是纵波？

五、光的偏振1.光有偏振现象，说明光是横波。2.线偏振光和自然光①线偏振光：光振动的方向限在一个平面。②自然光：通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向不同的线偏振光组成。3.偏振片：用特定的材料制成，它有一个特殊的方向叫作透光方向。只有振动方向与透光方向平行的成分才能通过偏振片。在自然光（如灯光、太阳光）传播的方向上放一偏振片，只有振动方向与偏振片透光方向平行的成分可以通过偏振片，从而得到线偏振光。P明P明PQ暗P---起偏器Q---检偏器

五、光的偏振

五、光的偏振应用：(1)照相机镜头前装一偏振滤光片，让它的透光方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景物清晰。(2)偏光眼镜：在观察某些实物时，由于物体表面强烈的反射光的干扰看不清楚，戴上偏光眼镜，使它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰．(3)3D立体电影（教材P120发展空间）例3(多选)下列有关光的叙述中，正确的是A.立体电影的制作与观看是应用光的偏振现象B.相机镜头表面镀上一层增透膜是应用光的衍射现象C.茶色眼镜利用了光的偏振现象D.拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水

面反射光的影响√√立体电影的制作与观看是应用光的偏振现象，放映时用双镜头放映机，每个镜头前有透光方向不同的偏振片，观众戴的眼镜也有相应方向的偏振片，这样每只眼睛只能看到一个镜头所投影的图像，故A正确；相机镜头表面镀上一层增透膜是应用光的干涉原理，对反射光进行振动减弱，从而使透射光增加，故B错误；茶色眼镜的镜片是有色镜片，它只能通过与镜片相同颜色的光，以减弱光的透射，不是偏振现象，故C错误；例4(多选)当以入射光线的方向为轴转动偏振片时，通过偏振片观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板，看到现象有何不同A.观察电灯和烛焰时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化B.观察电灯和烛焰时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化C.观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化D.观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化√√通过偏振片去观察电灯、烛焰时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化，因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了，但光的强弱没有改变；月球和黑板反射的光已经是偏振光，它通过偏振片透射过来的光线强弱会随偏振片的旋转发生变化，故B、D正确，A、C错误。

例5

(多选)如图所示，电灯在S处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√√

六、激光1.产生机理某些物质的原子受到光或电的刺激后，使低能级的原子变成高能级原子，再向低能态跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，这种光叫作激光。2.特性①强度大：能量高度集中，用于工业切割、焊接；医学“光刀”、焊接。②方向性好：平行度高，光束几乎不发散。

常用于测距、测速、信息存储和阅读（DVD、CD唱机、计算机光盘）③单色性好④相干性好：激光的频率单一，易于产生干涉。用于光纤通讯、激光全息照相等⑤覆盖波段宽而且可调谐3.应用激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排例6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方向性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.医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光强度大的特点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强度大

的特点√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方向性好，B错误；医疗中用激光做“光刀”利用了激光的强度大的特点，C正确；激光测距利用的是激光的方向性好的特点，D错误。例72023年诺贝尔物理学奖颁发给“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒激光的实验方法”方面所做出贡献的三位科学家。下列关于激光的特性及其应用，正确的是A.实验室用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光纯净度高B.医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性C.激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的方向性好D.激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光