【步步高】高中物理 13.513.6 光的衍射　光的偏振 选修34

第十三章光13.5-13.6光的衍射光的偏振1.知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件.2.知道衍射条纹的特点，了解衍射光栅.3.知道光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象.学习目标定位一、光的衍射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？问题设计一、光的衍射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.要点提炼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.一、光的衍射模糊不清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.一、光的衍射相比还小3.衍射图样的特点(1)单缝衍射图样的特点：①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.②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.③白光的单缝衍射条纹是中央为，两侧为.一、光的衍射亮而宽变窄减弱宽大宽大白色亮纹彩色条纹(2)圆孔衍射图样的特点：①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.②白光的圆孔衍射图样中央亮圆为，周围是圆环.一、光的衍射不等距低白色彩色(3)泊松亮斑：障碍物的衍射现象①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.②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.一、光的衍射亮斑4.衍射光栅(1)衍射图样的特点：狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越，亮度越；与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变，亮度.(2)衍射光栅的种类：光栅和光栅.一、光的衍射窄强窄增加反射透射二、单缝衍射与双缝干涉的比较问题设计单缝衍射和双缝干涉得到的都是明暗相间的条纹，如何区别它们？答案它们的主要区别是：单缝衍射的条纹宽度不等，中央最宽，条纹间距不等；双缝干涉的条纹宽度相等，条纹间距相等.要点提炼单缝衍射与双缝干涉的比较1.不同点二、单缝衍射与双缝干涉的比较(1)产生条件单缝衍射：只要狭缝足够小双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加(2)图样单缝衍射的图样中央为最宽最亮的亮条纹，两侧亮条纹变暗变窄双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹2.相同点(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果(2)都是波特有的现象，表明光是一种波.二、单缝衍射与双缝干涉的比较三、偏振现象问题设计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.三、偏振现象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).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1三、偏振现象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.三、偏振现象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？三、偏振现象图2三、偏振现象答案会看到在旋转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.要点提炼1.偏振片和透振方向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顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”.2.光的偏振现象表明光是一种波.三、偏振现象这个方向横3.自然光和偏振光三、偏振现象

自然光偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏振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(与起偏振器透振方向一致)4.偏振现象的应用(1)在摄影中的应用：在镜头前安装一片偏振滤光片，可以阻挡进入镜头.(2)电子表液晶显示屏：在两块透振方向垂直的偏振片中插入一个液晶盒，可以控制光线显示数字.三、偏振现象举例太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光自然光在介质表面反射和折射形成的光反射光一、对光的衍射的理解典例精析例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二、单缝衍射与双缝干涉的比较典例精析例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.蓝黄红紫二、单缝衍射与双缝干涉的比较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典例精析三、对光的偏振的理解例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.图4A.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，B点的光强有变化，选项C正确.答案C三、对光的偏振的理解典例精析例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.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α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α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是自三、对光的偏振的理解典例精析然光源，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(

)三、对光的偏振的理解图5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αD.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α三、对光的偏振的理解典例精析解析因为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，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.三、对光的偏振的理解典例精析但当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三、对光的偏振的理解课堂要点小结自我检测区123412341.(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1234解析单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹，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AC12342.(单缝衍射与双缝干涉的比较)如图6所示为红光和紫光通过相同的双缝和单缝所呈现的图样，则(

)图6A.甲为紫光的干涉图样 B.乙为紫光的干涉图样C.丙为红光的干涉图样 D.丁为红光的干涉图样1234解析干涉条纹平行、等宽、等间距，选项C、D错误.干涉图样为明暗相间的条纹，且条纹间距为Δx＝λ，光的波长越长，条纹间距越大，紫光的波长短，因而紫光干涉图样的条纹间距小.故正确选项为B.答案B12343.(对光的偏振的理解)如图7所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上透射光的强度最大，则下列说法中正确的是(

)图71234A.此时A、B的透振方向平行B.只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度才会最弱，几乎为零C.将A或B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零D.将A沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零1234解析当A、B两偏振片的透振方