教科版高中物理选择性必修第一册第四章光及其应用6光的衍射与偏振7激光课件

1.光的衍射现象光通过很小的狭缝时,明显地偏离了直线传播的方向,扩展到了相当宽的地方,并出现明暗相

间的条纹,这种现象叫作光的衍射。2.发生明显衍射现象的条件缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比光波的波长小或跟光波的波长相差不多。知识点1

光的衍射必备知识清单破6

光的衍射与偏振7

激光衍射现象图样及其特点单缝衍射单色光的单缝衍射图样:中央为一条较宽较亮的条纹,两边是对称且明暗相间的条纹,条

纹变窄变暗;白光的单缝衍射图样:中央为白色条纹,两边是对称且变暗的彩色条纹圆孔衍射单色光的圆孔衍射图样:中间亮圆的亮度大,向外是明暗相间的不等距圆环,越向外,亮圆

环亮度越低;白光的圆孔衍射图样:中央亮圆为白色,向外是彩色圆环3.三种衍射现象衍射现象图样及其特点圆盘衍射在光传播途中,放一个较小的圆形障碍物,在阴影中心出现一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑。圆盘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。圆盘衍射图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小

1.偏振现象:不同的横波,即使传播方向相同,振动方向也可能是不同的,这个现象称为偏振现

象。2.自然光和偏振光(1)自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的

光,沿着各个方向振动的光波的强度都相同。(2)偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光。知识点2光的偏振3.光的偏振光的偏振现象只有沿偏振片的“透射方向”振动的光波才能通过偏振片偏振光的形成①自然光通过偏振片后,得到偏振光②自然光在介质表面反射和折射时,反射光和折射光都是偏振光偏振现象的应用①在照相机镜头前装一个偏振滤光片,使玻璃后的景象拍出来更清晰②液晶显示器、立体电影等都利用了光的偏振原理特性应用强度大激光加工(切割、焊接、雕刻等)激光医学(激光刀手术)激光驱动流体新技术单色性好、相干性好激光全息照相方向性好激光测距激光测速信息存储和阅读(计算机光盘)激光检测激光照排覆盖波段宽且可调谐光纤通信知识点3激光的特性与应用知识辨析1.光的衍射与光沿直线传播矛盾吗?2.阳光下茂密的树林中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的吗?3.隔着帐幔看远处的灯,看到灯周围辐射彩色的光芒,这是光的干涉现象吗?4.自然光是在垂直于传播方向的平面上只沿着某个特定的方向振动吗?5.自然光源能发出激光吗?6.激光能像无线电波那样用来传递信息吗?一语破的1.不矛盾。光沿直线传播是障碍物或狭缝的尺寸很大时的一种特例。2.不是。这属于小孔成像,是由光沿直线传播形成的。3.不是。这属于光的衍射现象。4.不是。自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的

光波的强度都相同。在垂直于传播方向的平面上只沿着某个特定的方向振动的光是偏振

光。5.不能。激光是原子受激后发生跃迁产生的。6.能。激光具有电磁波的一切性质,可以用来传递信息。

单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小,任何光都能发生明显衍射现象频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列光波叠加条纹宽度条纹宽度不等,中央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,两边最暗条纹清晰,亮度基本相等相同点成因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意义都是波特有的现象,表明光是一种波定点

单缝衍射与双缝干涉的比较关键能力定点破典例如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、黄光各自通过同一个双缝干涉仪器【1】

形成的干涉图样以及绿光、紫光各自通过同一个单缝【2】形成的衍射图样(黑色部分表示亮

纹)。四幅图中,从左往右亮条纹的颜色依次是

(

)

A.黄、绿、红、紫B.黄、紫、红、绿C.红、紫、黄、绿D.红、绿、黄、紫典例C信息提取

【1】条纹间距取决于光的波长(波长越长条纹间距越大);【2】中央亮条纹宽度取决于光的波长(波长越长中央亮条纹越宽)。思路点拨

解题必备知识:(1)单缝衍射条纹中间宽两边窄且不等间距【3】;(2)双缝干涉条纹等

宽等间距【4】;(3)波长大小关系:λ红光>λ黄光>λ绿光>λ紫光【5】;(4)双缝干涉条纹间距公式Δx=

λ。解析

a、c是双缝干涉图样(由【4】得到),a图中条纹间距比c图中的大,则a对应红光,c对应

黄光(由【1】、【5】得到);b、d是单缝衍射图样(由【3】得到),d图中中央亮条纹的宽度比

b图中的大,则d对应绿光,b对应紫光(由【2】、【5】得到)。故选C。讲解分析光从一种介质斜射向另一种介质时,会发生折射或全反射现象。光的折射、全反射问

题,部分题目会涉及干涉、衍射的综合分析,尽管题目综合性很强,但是抓住一个关键点——

光的频率,就能解决问题。关于光的折射、全反射以及求光的传播时间问题,解题思路如下:1.解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入射角、折射角均以法线为标准。(3)利用折射定律求解相关问题。解题时要充分利用光路的可逆性原理。学科素养题型破题型

光的折射与全反射的综合问题分析2.解决全反射问题的思路(1)确定光是从光密介质射向光疏介质。(2)应用sinC=

确定临界角。(3)根据题设条件,判定光在传播时是否发生全反射。(4)如发生全反射,画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系、三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算,解决问题。3.求光的传播时间的一般思路(1)确定光在介质中的传播速度。全反射现象中,光在同种均匀介质中的传播速度不发生变

化,即v=

。(2)确定光的传播路程l,一般需结合光路图与几何关系进行确定。(3)利用t=

求解光的传播时间。4.色光的全反射问题当多种色光从光密介质射向光疏介质时,关于出射光中哪种色光最先消失的问题,其实

就是分析色光的全反射问题。频率大的光发生全反射的临界角较小,更容易发生全反射,所

以入射角增大时,出射光中频率大的光先消失;同理,如果多种色光的入射角相同,且都发生了

全反射,入射角减小时频率小的光先折射出来。如图中的一束光经半圆形玻璃砖折射后射出

a、b两束光线,可知玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,即a光的频率大于b光的频率;

改变光束的入射方向使θ增大,大到一定程度时折射光消失,由于a光的频率较大,最先消失的

是a光。典例呈现例题

直角棱镜的折射率n=1.5【1】,其横截面如图所示,图中∠P=90°,∠M=30°。截面内一细

束与NP边平行的光线,从棱镜MN边上的O点射入,经折射后射到NP边上【2】。(1)光线在NP边上是否会发生全反射?说明理由。(2)不考虑多次反射,求从MP边射出的光线与最初的入射光线夹角【3】的正弦值。例题信息提取

【1】sinC=

。【2】画出大致光路如图所示,入射角i=30°。【3】最初的入射光线与NP边平行,与MP边的出射光线对应的法线平行。思路点拨

(1)由几何关系得出光线在NP边的入射角,根据sinC=

判断光线能否在NP边发生全反射;(2)由几何关系得出i、r、i'、r'间的大小关系,再由折射定律n=

【4】,得出光线在MN边折射

角的正弦sinr和光线在MP边折射角的正弦sinr',进而得出从MP边射出的光线与最初的入射

光线夹角的正弦值。解析

(1)由sinC=

=

<

,得C<60°(由【1】得到),由几何关系得θ=90°-(30°-r)=(60°+r)>60°(由【2】得到),即θ大于全反射临界角,因此光线在NP边上发生全反射。(2)由光路图分析可知,从MP边射出的光线与最初的入射光线的夹角就是r'(由【3】得到),由几何关系可得i'=90°-θ=i-r,在MN边,有sini=nsinr(由【4】得到),得sinr=

=

,所以cosr=

,在MP边,有nsini'=sinr