物理光学公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

1、第二节物理光学周璐系列复习课件光第1页彩虹摄于西藏阿里高原 一、光干包括应用第2页地上油膜肥皂泡第3页光是在空间传输某种波光是一个物质微粒，在均匀介质中以一定速度传输惠更斯16291669牛顿、光本质是什么？你赞同谁观点？第4页 干涉现象是波独有特征，假设光真是一个波，就必定会观察到光干涉现象机械波干涉条件是什么？频率相同第5页18，英国物理学家托马斯杨在试验室里成功观察到了光干涉托马斯杨17731829假如要观察到光干涉现象需要什么条件？相同两个光源发出光 这么光叫相干光束第6页双缝干涉图样第7页双缝干涉和光波粒二象性第8页单色光挡板屏双缝干涉示意图S1S2相当于两个完全相同光源S1S21

2、试验原理 、杨氏双缝干涉第9页单色激光束挡板屏亮暗相间等距条纹双缝干涉示意图你观察到了什么？S1S2亮条纹中心线亮条纹中心线暗条纹中心线暗条纹中心线假如你是托马斯杨，你该怎样解释光屏上出现亮条纹（或暗条纹）？讨论：第10页1 试验原理 2 双缝干涉现象：明暗相间且等距条纹 1）明暗相间条纹； 2）相邻明条纹（或暗条纹）等距中央亮纹 一、杨氏双缝干涉、杨氏双缝干涉第11页S1S2P1SP1S2P1S1= S光程差相当于完全相同波源S1、S2双缝干涉亮条纹暗条纹单色激光束相干光束第12页1 试验原理 2 双缝干涉现象：明暗相间且等距条纹 1）明暗相间条纹； 2）相邻明条纹（或暗条纹）等距中央亮纹

3、3波动理论解释1）当Sk（k=0,1,2）P1为加强点，该点则出现亮条纹2）当S(2k1)/2（k=0,1,2） P1为减弱点，该点则出现暗条纹 一、杨氏双缝干涉、杨氏双缝干涉第13页探究：相邻两条亮条纹（或暗条纹）间距x与什么相关？亮条纹中心线亮条纹中心线第14页小结：双缝间距d越小，屏到挡板间距离L越大，光波长越大则相邻两条亮条纹（或暗条纹）间距x越大。理论上能够证实：第15页1 试验原理 2 双缝干涉现象：明暗相间且等距条纹 1）明暗相间条纹； 2）相邻明条纹（或暗条纹）等距中央亮纹 3波动理论解释1）当Sk（k=0,1,2） P为加强点，该点则出现亮条纹2）当S(2k1)/2（k=0,

4、1,2） P为减弱点，该点则 出现暗条纹 一、杨氏双缝干涉4相邻两条明纹(或暗纹)间距离x L：屏到挡板间距离L d：双缝间距 :光波长、杨氏双缝干涉第16页你能否依据所学知识，设计一测量某种可见光波长方案?（1）双缝间距d（2）光屏到挡板间距离L测量（3）相邻两条亮条纹间距x实例：双缝间距d0.18mm光屏到挡板间距离L90cm相邻两条亮条纹间距x3.50mm则此单色光波长为多大？第17页、双缝干涉测波长第18页试验指导装置：光源，滤光片，单缝，双缝，遮光筒，屏，测量头安装：筒测量头灯泡、透镜、遮光板双缝、单缝、滤光片调整与测量、L螺旋侧微器第19页各色光在真空中波长光颜色波长nm光颜色波长

5、nm红770620绿580490橙620600蓝靛490450黄600580紫450400红光波长最大，紫光波长最小第20页白光用白光做双缝干涉试验，在屏上会出现什么现象？红光兰光亮暗相间彩色条纹第21页 例题:18，托马斯杨用双缝干涉试验研究了光波性质1834年，洛埃利用单面镜一样得到了杨氏干涉结果(称洛埃镜试验) (1)洛埃镜试验基本装置如图所表示，S为单色光源，M为一平面镜试用平面镜成像作图法在答题卡上画出S经平面镜反射后光与直接发出光在光屏上相交区域(2)设光源S到平面镜垂直距离和到光屏垂直距离分别为a和L，光波长为，在光屏上形成干涉条纹写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离x表示式第22页

6、（2）（1）如图所表示所以因为S/第23页光干涉1、光干涉现象 1）定义：两列光波相遇时叠加，在一些地方光被加强而一些地方减弱现象。 2）干涉条件：相干光束（光源上同一点分出来两个光源） 二、光干涉注：不一样光源或同一光源上不一样部分发出光不会产生干涉现象。 第24页地上油膜肥皂泡产生原因：光干涉（薄膜干涉）第25页 让一束光经薄膜两个表面反射后，形成两束反射光产生干涉现象叫薄膜干涉.、薄膜干涉第26页 1、在薄膜干涉中，前、后表面反射光旅程差由膜厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹（暗条纹）应出现在膜厚度相等地方因为光波波长极短，所以微薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹 2、用手紧

7、压两块玻璃板看到彩色条纹，阳光下肥皂泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉 3、薄膜于涉在技术上能够检验镜面和精密部件表面形状；精密光学透镜上增透膜第27页光干涉1光干涉现象 1）定义：两列光波相遇时叠加，在一些地方光被加强而 一些地方减弱现象。 2）干涉条件：相干光束（光源上同一点分出来两个光源） 二、光干涉2薄膜干涉注：不一样光源或同一光源上不一样部分发出光不会产生干涉现象。 1）现象：明暗条纹2）应用：第28页薄膜干涉应用a.增透膜 增透膜厚度应该是光在薄膜中波长1/4。第29页薄膜干涉应用b.干涉法检验平面 第30页光干涉1光干涉现象 1）定义：两列光波相遇时叠加，在一些地方光被加强而

8、 一些地方减弱现象。 2）干涉条件：相干光束（光源上同一点分出来两个光源） 二、光干涉2薄膜干涉注：不一样光源或同一光源上不一样部分发出光不会产生干涉现象。 1）现象：明暗条纹2）应用：a.干涉法检验平面 b.增透膜 第31页1彩虹光色散 、其它光现象2海市蜃楼光全反射第32页彩虹光色散 第33页海市蜃楼光全反射中新网3月16日电 据日本读卖新闻报道，15日早晨11时30分左右(北京时间10时30分)，日本根室市职员谷口博之在北海道根室市海域根室海峡上空，观察到了船悬于半空海市蜃楼奇观，并将其拍摄下来。第34页练习1： 干涉试验中，用白光做光源，在屏上观察到彩色干涉条纹若在双缝中一缝前放一红色

9、滤光片，另一缝前放一绿色滤光片，这时 （ ）A在屏上出现红色干涉条纹 B在屏上出现绿色干涉条纹C在屏上出现红绿相间干涉条纹 D无干涉条纹D第35页练习2： 关于光干涉现象，以下说法正确是（ ）A在双缝干涉试验中，亮条纹宽度是不等B在双缝干涉试验中，把入射光由红色光换成紫色光，相邻亮条纹间距变宽C只有相干光源发出光才能在叠加时产生干涉现象D频率不相同两列光也能发生干涉现象C第36页问题1.什么是波衍射现象？ 问题2.发生显著衍射条件是什么？ 波在它传输方向上碰到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传现象叫波衍射。 障碍物或孔尺寸跟波长差不多或比波长小。二、光衍射和偏振第37页激光束调整狭缝宽窄

10、狭缝像屏 取一个不透光屏，在它中间装上一个宽度能够调整狭缝，在缝后适当距离处放一个像屏，用平行单色光照射。 调整狭缝宽窄，假如能在光屏上观察到比狭缝宽度宽得多亮区，就证实了光衍射现象存在。演示1演示2第38页第39页第40页 单缝衍射条纹特征、光衍射明暗相间且不等距条纹（中央为亮纹，两侧亮纹较窄、较暗）第41页光衍射1 衍射图样：明暗相间且不等距条纹 （中央亮纹） 一、单缝衍射第42页观察以下衍射图样，分析衍射规律：单缝衍射规律1、波长一定时，单缝越窄,中央 条纹越宽，各条纹间距越大(衍射越显著)2、单缝不变时，波长大中央亮纹越宽，条纹间隔越大(衍射越显著) 3、白光单缝衍射条纹为中央亮,两侧

11、为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源内侧为紫色第43页光衍射1 衍射图样：明暗相间且不等距条纹 （中央亮纹） 2 单缝衍射规律 3衍射条件：缝尺寸靠近波长或比波长还要小 一、单缝衍射 1)波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大2)单缝不变时，波长大中央亮纹越宽，条纹间隔越大 3)白光单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源内侧为紫色第44页圆孔衍射演示3第45页第46页光衍射1 衍射图样：明暗相间且不等距条纹 （中央亮纹） 2 单缝衍射规律 3 衍射条件：缝尺寸靠近波长或比波长还要小 一、单缝衍射二、圆孔衍射1 衍射图样：明暗相间且不等距同心圆环（中央亮斑） 2

12、衍射条件：孔尺寸靠近波长或 比波长还要小 第47页圆屏衍射泊松亮斑圆屏衍射图样第48页第49页圆屏衍射第50页第51页第52页光衍射一、单缝衍射二、圆孔衍射三、圆屏衍射1 衍射图样：明暗相间不等距同心圆环，中心有一个亮斑（泊松亮斑） 2 衍射条件：屏尺寸靠近波长或 比波长还要小 第53页光衍射现象 不只是狭缝和圆孔，各种不一样形状物体都能 使光发生衍射，以至使影轮廓含糊不清，其原因是光经过物体边缘而发生衍射结果圆屏衍射圆孔衍射钢针衍射第54页光衍射一、单缝衍射二、圆孔衍射三、圆屏衍射四、光衍射1 定义：光离开直线路径绕到障碍物阴影区里去现象 2 条件：障碍物或孔、屏尺寸靠近波长或比波 长还要小

13、 第55页光干涉条纹和衍射条纹比较第56页思索与研讨 1、声波能绕过普通建筑物，而光波却不能，这 是因为 （ ） A光波传输速度太大，偏离直线不显著 B声波传输速度小，而光波传输速度大 C建筑物对声波吸收少，而对光波吸收多 D声波波长长，轻易产生衍射；光波波长短， 不易产生衍射D第57页 2、对于单缝衍射试验现象，以下正确是（ ） A缝宽度越小，中央亮条纹宽度越窄 B缝宽度越小，中央亮条纹宽度越宽 C缝宽度越大，衍射现象越显著 D入射光频率越大，衍射现象越显著B思索与研讨第58页3、一个不透光薄板上有两条平行窄缝，有一频率单一红光经过两窄缝在与薄板平行屏上展现明暗相间间隔均匀红色条纹，若将其中

14、一窄缝挡住让另一缝经过红光，则在屏上可观察到（ ）A明暗与原来相同，间隔均匀红色条纹B明暗与原来不相同，间隔不均匀红色条纹C一条红色条纹D既无条纹，也不是一片红光，而是光源像B思索与研讨第59页4、用单色光经过小圆盘和小圆孔做衍射试验时，在光屏上得到衍射图形，它们特征是 （ ） A用小圆盘时中央是暗，用小圆孔时中央是亮 B中央均为亮点同心圆形条纹 C中央均为暗点同心圆形条纹 D用小圆盘时中央是亮，用小圆孔时中央是暗B思索与研讨第60页 5、在用单色平行光照射单缝以观察衍射现象时，下面说法正确是 （ ）A缝越窄，衍射现象越显著B缝越宽，衍射现象越显著C照射光波长越短，衍射现象越显著D照射光波长越

15、长，衍射现象越显著A D思索与研讨第61页光波动性 光干涉、衍射 光波是横波 光偏振 机械横波与纵波区分机械波穿过狭缝1、横波与偏振现象 、光偏振第62页只有横波有偏振现象 而纵波无偏振问题怎样检验光横波性呢？-用偏振片检验 通光方向通不通第63页形象说明偏振片原理通光方向腰横别扁担进不了城门第64页2、偏振光获取问题：怎样从普通光源中取得偏振光呢？方法： （1）偏振片法 （2）反射折射法第65页（一）光偏振2、光偏振试验演示1、机械波偏振（2）横波含有偏振现象，纵波不含有这么特征。这就是横波与纵波区分3、光含有偏振说明：(1)自然光经过一个偏振片(2)偏振光经过旋转检偏器结论（1）横波只沿着

16、某一个特定方向振动这种现象称为波偏振。旋转偏振片P过程中，透射光强度不变。光强发生改变，两片相垂直时透射光强度最弱。光是一个横波4、常见光偏振现象及应用、光偏振第66页自然光：太阳、电灯等普通光源发出光，包含着在垂直于传输方向上沿一切方向振动光，而且沿着各个方向振动光波强度都相同，这种光叫做自然光。偏振光：自然光经过偏振片时，只有振动方向跟偏振片透射方向一致时光波才能经过，也就是说，经过偏振片光波，在垂直于传输方向平面上，只沿着一个特定方向振动，这种光叫做偏振光。偏振片（也叫起偏器或检偏器）：由特定材料制成，它上面有一个特殊方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行光波才能经过偏振片。第

17、67页（1）除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出光以外，通常看到绝大多数是反射、折射光是偏振光。 自然光射到两种介质界面时，当反射光与折射光之间夹角为900，反射光与折射光就都是偏振光，而且两偏振方向相互垂直。例1：计算自然光从空气射到折射率为4/3水面时，当入射角为多大时使反射光和折射光均为偏振光？（假设光在玻璃中折射率相同）析与解第68页.检偏器线偏振光偏振片P明.自然光线偏振光.演示试验（1）：自然光经过一个偏振片自然光第69页.偏振片P明.自然光线偏振光.演示试验（1）：自然光经过一个偏振片自然光第70页.线偏振光偏振片P明.自然光线偏振光.演示试验（1）：自然光经过一个偏振片自然光第

18、71页.线偏振光偏振片P明.自然光线偏振光.演示试验（1）：自然光经过一个偏振片自然光第72页.自然光线偏振光偏振片P明.自然光线偏振光.演示试验（1）：自然光经过一个偏振片自然光第73页.检偏器偏振片P明自然光线偏振光线偏振光.自然光线偏振光.演示试验（1）：自然光经过一个偏振片现象：偏振片旋转过程中透射光强度不变第74页.起偏器P检偏器Q自然光线偏振光偏振片偏振片演示试验（2）：偏振光经过旋转 检偏器，光强发生改变第75页.起偏器P检偏器Q自然光线偏振光演示试验（2）：偏振光经过旋转 检偏器，光强发生改变第76页.起偏器P检偏器Q自然光线偏振光演示试验（2）：偏振光经过旋转 检偏器，光强发

19、生改变第77页.起偏器P检偏器Q自然光线偏振光演示试验（2）：偏振光经过旋转 检偏器，光强发生改变第78页.起偏器P检偏器Q自然光线偏振光演示试验（2）：偏振光经过旋转 检偏器，光强发生改变第79页.起偏器P检偏器Q自然光线偏振光演示试验（2）：偏振光经过旋转 检偏器，光强发生改变第80页.起偏器P检偏器Q自然光线偏振光演示试验（2）：偏振光经过旋转 检偏器，光强发生改变第81页.起偏器P检偏器Q自然光线偏振光两偏振片偏振化方向相互垂直 光强为零演示试验（2）：偏振光经过旋转 检偏器，光强发生改变第82页检偏器 检 偏起偏器方法：用起偏器获取偏振光第83页n1n2iS析与解：0第84页偏振光种

20、类线偏振光：让自然光经过一个起偏振器件后，只有一个方向偏振光能够经过这个器件，我们就得到了线偏振光。线偏振光振动方向是确定。部分偏振光：假如线偏振光中混有一部分自然光，也就是说，这种光包含着各种方向偏振光，而在某一方向上表达出偏振优势。这就是部分偏振光。第85页园偏振光：这种光偏振方向是有规律旋转着。而光矢量在旋转过程中强度是保持一定。也就是光矢量是沿着一个园旋转。这就是园偏振光。在我们观察时间段中平均后，园偏振光看上去是与自然光一样。不过园偏振光偏振方向是按一定规律改变，而自然光偏振方向改变是随机，没有规律。椭园偏振光：这种光偏振方向也是在规律旋转着，不过它光矢量在旋转过程中强度也在改变。也

21、就是光矢量是沿着一个椭园旋转。椭园偏振光在观察时间段里平均后结果与部分偏振光相同。不过与部分偏振光不一样，它偏振方向以及光矢量大小是按一定规律改变。第86页四种偏振光：第87页偏振光应用1光弹效应测量应力场分布：主要用来测量建筑构件、机械零部件在工作状态下内部应力分布及其改变。2偏振现象在摄影技术中应用：偏光镜用途之一是为了更清楚拍摄水中物体和鱼类等。可大大减小反射光影响，拍到清楚金鱼照片。3电光效应：可作为高速开关，如高速摄影、光速测量中光切割器等。近年来则更多地用作脉冲激光器Q开关。第88页偏振光应用 光偏振在科学技术及工业生产中有着广泛应用。比如在机械工业中，利用偏振光干涉来分析机件内部

22、应力分布情况，这就是光测弹性力学课题。在化工厂里，我们能够利用偏振光测量溶液浓度。偏光干涉仪、偏光显微镜在生物学、医学、地质学等方面有着主要应用。在航海、航空方面则制出了偏光天文罗盘。 下面我们介绍几个日常生活中应用偏振光实例：1、汽车车灯 汽车夜间在公路上行驶与对面车辆相遇时，为了防止双方车灯眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室前窗玻璃和车灯玻璃罩都装有偏振片，而且要求它们偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已车灯发出光，而看不到对面车灯光，这么，汽车在夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，能够确保安全行车。第89页 a =0或a

23、=1800时, I2=I1光强最强讨论：a=900或a=2700时, I=0光强最弱第90页 另外，在阳光充分白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物玻璃上反射过来刺眼阳光，常会使眼睛睁不开。因为光是横波，所以这些强烈来自上空散射光基本上是水平方向振动。所以，只需带一副只能透射竖直方向偏振光偏振太阳镜便可挡住部分散射光。 2、观看立体电影 在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机镜头相当于人两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体两个画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。假如设法使观众一只眼睛只能看到其中一个画面，就能够使观众得到立体感。为此，在放映时，两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片，两个偏振片

24、偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成眼镜，左眼偏振片偏振化方向与左面放像机上偏振化方向相同，右眼偏振片偏振化方向与右面放像机上偏振化方向相同，这么，银幕上两个画面分别经过两只眼睛观察，在人脑海中就形成立体化影像了。 第91页偏光镜头 立体电影第92页3、生物生理机能与偏振光 人眼睛对光偏振状态是不能分辨，但一些昆虫眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能依据太阳偏光确定太阳方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂能够准确无误地把它同类引到它所找到花丛。 再如在沙漠中，假如不带罗盘，人是会迷路，不过沙漠中有一个蚂蚁，它能利用天空中

25、紫外偏光导航，因而不会迷路。第93页（C）用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃门内人物清楚可见（A）玻璃门表面反光很强（B）用偏光镜减弱了反射偏振光橱窗设计第94页光偏振小结一、光偏振态 自然光、线偏振光、部分偏振光二、线偏振光取得 偏振片法、反射和折射法三、偏振光应用实例 立体电影、汽车车灯、生物视觉、激光器谐振腔、等等第95页例2：在杨氏干涉试验装置双缝后面各放置一个偏振片，若两个偏振片透振方向相互垂直，则（ ）A、光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹亮度减小 B、光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹亮度增大C、干涉条纹消失，光屏上一片黑暗D、干涉条纹消失，但仍有光射到光屏上。C思索与研讨第96页例3：对光偏振

26、，以下认识哪些是正确（ ）A、振动方向只在某一个平面内光是偏振光B、从电灯等光源直接出来光本身就是偏振光C、转动偏振片去看电灯光，看到透射光亮度无改变，说明透射光不是偏振光D、光偏振现象使人们认识到光是一个横波。AD思索与研讨第97页 激光器创造是20世纪中重大科技成就。激光高亮度、单色性、相干性，使它自1960年问世以来满载短短几十年中就得到了快速发展。现在，激光技术已在工农业生产、医疗卫生、通信、军事、文化艺术、能源等很多方面取得了主要应用。 三、激 光第98页激光产生1、光产生：原子取得能量后处于不稳定状态，会以光子形式向外发射能量，这个能量就是光。2、自发发射：普通光源自发地发出光，所

27、发出光频率不一、相差不稳定、方向不一样。这种是自然光，即普通光。3、受激发射：原子受到外来光子激发，会发射出与这个外来光子“四同”（同频率、同相差、同偏振、同传输方向）光，这种就是激光。第99页激光特点及其应用特点(与普通光)相干性好平行度好亮度高特点内容频率单一，相差恒定，易发生干涉现象，可像无线电波一样调制。激光方向性非常好，是一束几乎不发散平行光，能够会聚到很小点上。激光能在很小空间、很短时间内集中很大能量应用光纤通信光干涉激光全息摄影测距和跟踪目标DVD、CD唱片、计算机光盘“光刀”激发核反应第100页 利用激光测量大气中水蒸气饱和程度，这种方法能够准确预告降雨量，从而预报旱涝灾害，方便采取应对办法。 当前，治疗牙神经发炎、坏死惯用方法是用专用牙钻在牙齿上开洞，去除内部神经，再用专用药品填充。这种疗法易使病人感到疼痛、担心，而且回损害牙齿牢靠程度。而水激光治疗法原理是使用波长为2940nm铒激光来处理病牙。这一波长激光轻易被水吸收，而牙齿内部病变神经组织含有大量水，因而激光大部分能量被病变组织吸收，使他们蒸发。因为水激光不会对靶组织产生热效应，所以口腔组织就不会产生猛烈疼痛。所以，牙科上应用水激光时，大多数操作不需要麻醉，且无痛、舒适，让我们轻松告别治疗牙病疼痛、肿胀、流血历史。第101页全息摄影概述