高中物理(新教材)选修1课件1：4 5 4 6 光的衍射 光的偏振 激光 人教版

第4章光5光的衍射6光的偏振激光学习目标1.观察光的衍射现象,认识衍射条纹的特点2.观察光的偏振现象,知道光是横波3.知道产生明显衍射的条件4.知道偏振现象和激光的应用一、光的衍射1.衍射现象光通过很窄的缝(很小的孔)时,没有沿直线传播,它绕过了缝(孔)的边缘,传播到了相当宽的地方。2.单缝衍射条纹的特点一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、最亮,离中央条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越小。3.发生明显衍射的条件障碍物(缝、孔)的尺寸与光的波长相当,甚至比光的波长还小。知识梳理二、衍射光栅1.结构由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。2.衍射图样的特点与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。三、偏振现象1.偏振现象与偏振方向不同的横波,即使传播方向相同,振动方向也可能不同的。这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。2.光的偏振(1)自然光:太阳以及日光灯、发光二极管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,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是“自然光”。(2)偏振片:由特定的材料制成的光学仪器。(3)偏振片的透振方向:每个偏振片都有一个特定的方向,沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片,偏振方向与这个方向垂直的光不能通过,这个方向叫作“透振方向”。(4)偏振光:①通过偏振片的光波,在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光。②自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光。(5)偏振现象证明光是横波。四、偏振现象的应用在照相机镜头前装一片偏振滤光片,转动滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以减弱反射光的影响。五、激光的特点及其应用1.激光:1960年,美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波,这就是激光。2.激光的特点及应用(1)激光具有高度的相干性。(2)激光能像无线电波那样被调制,用来传递信息。(3)激光的平行度非常好,在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。激光的这个特点使它可以用来进行精确的测距。(4)激光的亮度很高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在很硬材料上打孔。使太阳光垂直照射到一块遮光板上,板上有可以自由收缩的正方形孔,孔的后面放置一个光屏,在正方形孔逐渐变小的过程中,猜一猜光屏上依次可以看到的不同现象。正方形孔较大时看到正方形光斑,孔逐渐减小看到屏上的正方形光斑由大到小,孔再减小看到圆形光斑,孔小到一定程度看到明暗相间的彩色条纹。课堂探究一、三种衍射图样的比较1.单缝衍射图样的特点(1)中央条纹最亮、越向两边越暗;中央条纹最宽,越靠外,条纹间距越窄。(2)缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮条纹的亮度降低。(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关。入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。(4)用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹仍然最宽、最亮。1.单缝衍射图样的特点(1)中央条纹最亮、越向两边越暗;中央条纹最宽,越靠外,条纹间距越窄。(2)缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮条纹的亮度降低。(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关。入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。(4)用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹仍然最宽、最亮。2.圆孔衍射(1)圆孔衍射如图所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图甲所示的情形,无明显的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射图样,为明暗相间的圆环。甲乙(2)圆孔衍射的图样特征①单色光的圆孔衍射图样:中央亮圆的亮度大,外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外,圆(亮)环亮度越低。②白光的圆孔衍射图样:中央亮圆为白色,周围是彩色圆环。3.圆板衍射(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓的边缘模糊不清,若在单色光(如激光)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,如图丙所示。(2)形成泊松亮斑时,圆板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。丙

例1对于单缝衍射现象,下列说法正确的是(

)A.缝的宽度d越小,衍射条纹越亮B.缝的宽度d越小,衍射现象越明显C.缝的宽度d越小,光的传播路线越接近直线D.入射光的波长越短,衍射现象越明显解析

单缝宽度越小,衍射条纹的亮度越小,选项A错;入射光的波长越长,单缝宽度越小,衍射现象越明显,选项B对,选项C、D错。答案

B典例精析规律方法

对衍射现象的理解(1)衍射现象是否明显方面:入射光波长越长,障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小,衍射现象越明显。(2)衍射条纹的亮度方面:小孔和狭缝的尺寸越小,衍射条纹的亮度越小。规律方法

对衍射现象的理解(1)衍射现象是否明显方面:入射光波长越长,障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小,衍射现象越明显。(2)衍射条纹的亮度方面:小孔和狭缝的尺寸越小,衍射条纹的亮度越小。在光的干涉和衍射实验中均可观察到明暗相间的条纹,下列三幅图样中哪幅为双缝干涉图样,哪幅为单缝衍射图样?右图为双缝干涉图样;左图为单缝衍射图样。课堂探究二、单缝衍射和双缝干涉的比较单缝衍射与双缝干涉的比较比较项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,两边变暗条纹清晰,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,表明光是一种波光波的波长越长,干涉条纹、衍射条纹的宽度都变大。

例2关于光的干涉和衍射现象,下列说法正确的是(

)A.光的干涉现象遵循波的叠加原理,衍射现象不遵循波的叠加原理B.白光的干涉条纹是彩色的,衍射条纹是黑白相间的C.光的干涉现象说明光具有波动性,光的衍射现象不能说明这一点D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果解析

光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象,都是光波叠加的结果,白光的干涉条纹是彩色的,白光的衍射条纹也是彩色的,只是条纹间距特点及亮度特点不同而已。答案

D典例精析规律方法

区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法(1)根据条纹的宽度区分:双缝干涉的条纹是等宽的,条纹间的距离也是相等的;而单缝衍射的条纹,中央亮条纹最宽,两侧的条纹变窄。(2)根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央亮纹往两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹中央亮纹最亮,两侧的亮纹逐渐变暗。在观看立体电影时,观众要戴上特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片。如果不戴这副眼镜,银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么?立体电影的光是偏振光。因为光是横波,只有与偏振片透振方向一致的光才能通过。课堂探究三、自然光和偏振光的比较1.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,只有沿着这个方向振动的光波才能完全通过偏振片,这个方向叫作“透振方向”。偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。2.自然光和偏振光的比较

比较项自然光偏振光成因从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光自然光通过偏振片后就变成了偏振光,通常情况下的反射光、折射光均为偏振光振动方向在垂直于传播方向上沿着各个方向振动在垂直于传播方向的平面内只有一个振动方向比较项自然光偏振光经偏振片后现象比较

经偏振片后现象比较如上图所示,通过偏振片后,自然光就变成了偏振光,转动偏振片,偏振光的亮度不变,但偏振方向随之变化如上图所示,偏振光经偏振片后,若偏振方向与透振方向平行,屏亮;若垂直,则屏暗;若介于两者之间,则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗例3(多选)如图所示,电灯S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处将看到光亮典例精析解析

自然光沿各个方向振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光,则选项A错误;它通过偏振片A后,即变为偏振光,则选项B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,则偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180°后,在P处看不到光亮,即选项C错误;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处可看到光亮,选项D正确。答案

BD规律方法

对偏振光的理解(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光,透射光的偏振方向与偏振片的放置有关,但光的强度与偏振片的方向无关。(2)偏振光通过偏振片时,透光的强度与偏振方向和偏振片方向的夹角大小有关。激光切割技术已广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高加工质量。现代的激光成了人们所幻想追求的削铁如泥的“宝剑”,那么,激光切割是利用了激光的什么特点来完成的?课堂探究四、激光及应用激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。1.激光的产生激光是实验室中制造出的光,发光的方向、频率、偏振方向均相同,两列相同激光相遇可以发生干涉。2.激光的特点(1)激光是人工产生的相干光,其单色性好,相干性好。(2)激光的平行度好。从激光器发出的激光具有极好的平行性,几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后,激光斑扩展范围不过几厘米,而相同条件下,探照灯的光束能扩展到几十米范围。(3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。例4让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,就可以读取光盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图像,这是利用了激光的(

)A.平行度好,可以会聚到很小的一点上B.相干性好,可以很容易形成干涉图样C.亮度高,可以在很短的时间内集中很大的能量D.波长短,很容易发生明显的衍射现象解析

激光的平行度好,容易会聚成一个很小的光点,让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,传感器把光盘反射的光转化为电信号进行处理,还原出声音或图像,只有选项A正确。答案

A1.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解析

观察衍射图样发现:狭缝的宽度逐渐变小,衍射现象越来越明显,衍射条纹间距变大。本题是缝宽增大,所以选项A正确。答案

A随堂演练2.(多选)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是(

)A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光C.自然光透过两个偏振片后可还原为自然光D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光解析

自然光沿各振动方向的光波的强度相同,选项A错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定方向振动,选项B正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,选项C错误;太阳、电灯等普通光源发出的是自然光,选项D正确。答案

BD3.(多选)激光的诞生是一件大事,它使得人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。下列激光的特性及其应用,正确的是(

)A.医学上用激光“焊接”剥落的视网膜,是利用激光的相干性B.实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验,是利用激光的相干性C.激光能够比较精确测量地球到月球的距离,是利用激光的平行度好D.激光束很容易在坚硬的材料上打孔,是利用激光的亮度高解析

医学上用激光“焊接”剥落的视网膜,是利用激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量的特点,A错误;实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验,是利用激光相干性好的特点,B正确;激光能够比较精确测量地球到月球的距离,是利用激光的平行度好的特点,C正确;激光束很容易给坚硬的材料上打孔,是利用激光的亮度高的特点,D正确。答案

BCD4.下列哪种现象不是由于衍射形成的(

)A.通过两支铅笔中间的狭缝观察发光的日光灯会看到彩色条纹B.光照在不透光的小圆盘上,在其后面阴影中心会出现小亮点C.在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面能看到彩色条纹D.声音能够绕过障碍物传播解析

通过两支铅笔中间的狭缝观察发光的日光灯会看到彩色条纹属于光的衍射现象,A不符合题意;光照在不透光的小圆盘上,在其后面阴影中心会出现小亮点属于光的衍射现象,B不符合题意;在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面能看到彩色条纹属于薄膜干涉现象,C符合题意;声音能够绕过障碍物传播,属于声波的衍射现象,D不符合题意。答案

C备用工具&资料解析

医学上用激光“焊接”剥落的视网膜,是利用激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量的特点,A错误;实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验,是利用激光相干性好的特点,B正确;激光能够比较精确测量地球到月球的距离,是利用激光的平行度好的特点,C正确;激光束很容易给坚硬的材料上打孔,是利用激光的亮度高的特点,D正确。答案

BCD解析

自然光沿各振动方向的光波的强度相同,选项A错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定方向振动,选项B正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,选项C错误;太阳、电灯等普通光源发出的是自然光,选项D正确。答案

BD