高中物理 5.35.4 光的衍射与偏振 激光课件 教科版选修34 .ppt

第五章光的波动性 5 3 5 4光的衍射与偏振激光 1 知道光产生明显衍射现象的条件 了解几种不同衍射现象的图样 2 能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析 3 认识光的偏振现象 知道光是横波 4 知道偏振光和自然光的区别 能用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象 5 了解激光的特性及应用 学习目标定位 学习探究区 一 光的衍射 二 光的偏振 一 光的衍射 返回 唐代诗人王维的诗句 空山不见人 但闻人语响 描写了一种常见的 闻其声而不见其人 的物理现象 这种现象是如何形成的呢 为什么声波容易发生衍射现象而光波不容易发生衍射现象呢 答案诗句中描写的是声波的衍射现象 声波的波长较大 与日常生活中的物体可以相比 很容易发生明显衍射现象 故可以隔着障碍物 闻其声 但光的波长远小于日常生活中物体的尺寸 光在障碍物后形成阴影 故有 不见其人 的现象 问题设计 一 光的衍射 返回 1 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射 即使影的轮廓 2 光产生明显衍射现象的条件在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长 甚至比光的波长的时候 就会产生明显的衍射现象 要点提炼 模糊不清 相比 还小 一 光的衍射 返回 3 衍射图样的特点 1 单缝衍射图样的特点 中央条纹 两侧亮条纹具有对称性 亮条纹宽度逐渐 亮度逐渐 光的波长一定时 单缝窄的中央条纹 各条纹间距 单缝不变时 光波波长大的中央条纹 条纹间距 白光的单缝衍射条纹是中央为 两侧为 亮而宽 变窄 减弱 宽 大 宽 大 白色亮纹 彩色条纹 一 光的衍射 返回 2 圆孔衍射图样的特点 单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度高 外面是明暗相间的 填 等距 或 不等距 的圆环 越向外 亮环亮度越 白光的圆孔衍射图样中央亮圆为 周围是圆环 3 泊松亮斑 障碍物的衍射现象 在单色光传播途中 放一个较小的圆形障碍物 会发现在阴影中心有一个 这就是著名的泊松亮斑 图样特点 中央是一个亮斑 圆板阴影的边缘模糊 阴影外边有明暗相间的圆环 不 等距 低 白色 彩色 亮斑 一 光的衍射 返回 衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗 答案衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大 随着缝 孔的减小 衍射条纹的宽度增大 但条纹亮度减弱 延伸思考 一 光的衍射 二 光的偏振 返回 1 取一根软绳 一端固定在墙上 手持另一端上下抖动 软绳上形成一列横波 质点在竖直平面内沿着上下方向振动 如果手持绳的一端左右抖动 会在绳上形成另一列横波 质点在水平平面内沿着左右方向振动 现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板 分别将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置 观察发生的现象 如图1甲 乙所示 问题设计 二 光的偏振 如果将这根绳换成细软的弹簧 前后推动弹簧形成纵波 观察发生的现象 如图丙所示 这两种现象说明什么 图1答案当机械波是横波时 若质点的振动方向与狭缝平行 则机械波能透过狭缝传播 反之则不能透过狭缝传播 对纵波而言 不管什么情况 纵波总能透过狭缝传播 返回 二 光的偏振 2 如图2所示 取一个偏振片p 让阳光通过偏振片p 在p的另一侧观察 可以看到偏振片是透明的 在偏振片p的后面再放置另一个偏振片q 以光的传播方向为轴旋转偏振片q 会看到什么现象 这说明什么 图2 返回 二 光的偏振 答案会看到在旋转q时光的亮度发生变化 偏振片的作用类似于1中狭缝的作用 只有振动方向与透振方向一致的光才能通过 当偏振片q与p的透振方向平行时 穿过q的光最强 当q与p的透振方向垂直时 光不能透过q 返回 二 光的偏振 返回 1 横波 纵波的判定方法 1 直接看质点的振动方向与波传播方向的关系 若 为横波 若 为纵波 这种方法适用于可看得见质点振动方向的机械波 2 看波能否通过两个互相垂直且共线的 狭缝 通过两个 狭缝 的为纵波 通过的为横波 要点提炼 互相垂直 平行 能 不能 二 光的偏振 返回 2 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 只有沿着振动的光波才能通过偏振片 这个方向叫做透振方向 偏振片对光波的作用就像的作用一样 3 光的偏振现象表明光是一种横波 这个方向 狭缝对机械波 二 光的偏振 返回 4 自然光和偏振光 二 光的偏振 返回 5 偏振现象的应用举例 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 让它的透振方向与玻璃表面的反射光的偏振方向 阻挡了反射光进入镜头 2 电子表的液晶显示屏 在两块透振方向互相的偏振片当中插进一个液晶盒 液晶具有各向异性的属性 特别是对偏振光经过液晶时 其偏振方向会旋转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 垂直 垂直 返回 典例精析 例1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 一 对光的衍射的理解 返回 典例精析 解析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 本题是将缝调宽 现象向相反的方向发展 故选项a正确 b c d错误 答案a 一 对光的衍射的理解 返回 典例精析 例2如图3所示的4幅明暗相间的条纹 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 则在下面的四幅图中从左到右排列 亮条纹的颜色依次是 图3a 红黄蓝紫b 红紫蓝黄c 蓝紫红黄d 蓝黄红紫 一 对光的衍射的理解 返回 典例精析 解析双缝干涉条纹平行等距 且波长越大 条纹间距越大 而红光波长大于蓝光波长 故第一幅图为红光 第三幅图为蓝光 又由于黄光波长比紫光波长大 故第四幅图为黄光的衍射图样 第二幅为紫光的衍射图样 答案b 一 对光的衍射的理解 返回 典例精析 例3如图4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 二 对光的偏振的理解 图4 返回 典例精析 解析白炽灯光包含各方向的光 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 当p旋转时 只有与q的透振方向一致时才有光透过q 因此b点的光强有变化 选项c正确 答案c 二 对光的偏振的理解 返回 典例精析 例4一段时间以来 假奶粉事件 闹得沸沸扬扬 奶粉中碳水化合物 糖 含量是一个重要指标 可以用 旋光法 来测量糖溶液的浓度 从而鉴定含糖量 图5 二 对光的偏振的理解 返回 典例精析 偏振光通过糖的水溶液后 偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度 这一角度 称为 旋光度 的值只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5所示 s是自然光源 a b是偏振片 转动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 二 对光的偏振的理解 返回 典例精析 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处光强度最大 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处光强度最大 偏振片a转过的角度等于 二 对光的偏振的理解 返回 典例精析 解析因为未放糖溶液时 a b的偏振方向一致 故a b间不放糖溶液时 自然光通过偏振片a后 变成偏振光 通过b后到达o 当在a b间放糖溶液时 由于溶液的旋光作用 使通过a的偏振光振动方向转动了一定角度 不能再通过b a对 b错 但当b转过一个角度 恰好使偏振片方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时 o处光强为最强 故b的旋转角度即为糖溶液的旋光度 所以c对 同理d也对 答案acd 二 对光的偏振的理解 返回 课堂要点小结 自我检测区 1 2 3 4 1 对光的衍射的理解 在单缝衍射实验中 下列说法正确的是 a 其他条件不变 将入射光由黄色换成绿色 衍射条纹间距变窄b 其他条件不变 使单缝宽度变小 衍射条纹间距变窄c 其他条件不变 换用波长较长的光照射 衍射条纹间距变宽d 其他条件不变 增大单缝到屏的距离 衍射条纹间距变宽 1 2 3 4 解析当单缝宽度一定时 波长越长 衍射现象越明显 条纹间距也越大 黄光波长大于绿光波长 所以a c正确 当光的波长一定时 单缝宽度越小 衍射现象越明显 衍射条纹间距会变宽 b错误 当光的波长一定 单缝宽度也一定时 增大单缝到屏的距离 衍射条纹间距会变宽 d正确 答案acd 1 2 3 4 2 对光的衍射的理解 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条纹b 白光的单缝衍射图样是白黑相间的条纹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 1 2 3 4 解析单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的条纹 白光的衍射图样是彩色条纹 光照到不透明小圆盘上 在其阴影中心处出现亮点 是衍射现象 光的衍射现象只有明显与不明显之分 d项中屏上大光斑的边缘模糊 正是光的衍射造成的 不能认为不存在衍射现象 答案ac 1 2 3 4 3 对光的偏振的理解 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 1 2 3 4 1 2 3 解析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不一致 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 透振方向又逐渐偏离 光线逐渐减弱 所以选项a正确 答案a 4 1 2 3 4 对激光的理解 让激光照到v