人教版(新教材)高中物理选择性必修一学案：4 5-4 6 光的衍射 光的偏振 激光

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE1第5节光的衍射第6节光的偏振激光学习目标要求核心素养和关键能力1.观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点。2.知道产生明显衍射的条件。3.观察光的偏振现象，知道光是横波。4.知道自然光和偏振光的区别，知道偏振现象的一些应用。5.了解激光的特征和应用。1.通过推理得出光是一种横波的物理思维方法。2.通过观察实验，得到光产生明显衍射的条件。一、光的衍射1.用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方，这就是光的衍射现象。2.各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。3.发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。二、衍射光栅1.构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。2.增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。3.种类：透射光栅和反射光栅。〖判一判〗(1)平时很难观察到光的衍射现象是因为一般的障碍物或缝比光波的波长大很多的缘故。(√)(2)白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹。(×)(3)光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射。(√)(4)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。(×)三、偏振1.偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同，这种现象称为“偏振现象”，横波的振动方向称为“偏振方向”。2.光的偏振(1)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顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振”方向。(2)自然光和偏振光①自然光：太阳、日光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，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是“自然光”。②偏振光：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。(3)光的偏振现象说明光是一种横波。四、激光的特点及其应用特点应用相干性强：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性光纤通信平行度好：激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度激光测距，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”，激发核聚变等〖判一判〗(1)偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同。(×)(2)自然光通过偏振片后成为偏振光。(√)(3)除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光。(√)(4)如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直，偏振光不能透过偏振片。(√)(5)激光精确测距利用激光的平行度好的特点。(√)(6)激光切割利用激光平行度好的特点。(×)探究1光的衍射1.衍射现象是否明显：入射光波长越大，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：小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越小。3.单缝衍射图样(1)中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄。(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，入射光波长越大，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。4.圆孔衍射(1)圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播)；减小圆孔，光屏上出现光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上出现图丙所示的亮、暗相间的圆环(衍射图样)。(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。5.圆盘衍射(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。(2)形成泊松亮斑时，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。(3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。〖例1〗(多选)(2020·河南郑州高二学业考试)对光的衍射的定性分析，下列说法正确的是()A.只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射现象B.光通过单缝产生的衍射条纹间距不相等C.光的衍射现象否定了光的直线传播的结论D.光的衍射现象说明了光具有波动性〖答案〗ABD〖解析〗只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射现象，选项A正确；光通过单缝产生的衍射条纹间距不相等，中间宽，两侧窄，选项B正确；光的直线传播是近似规律，光的衍射现象并没有否定光的直线传播的结论，故C错误；光的衍射现象说明了光具有波动性，选项D正确。〖例2〗(2020·内蒙古北重三中高二期中)如图，a、b、c、d四个图样是两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点(黑色为亮条纹，a图样的亮纹间距比b图样大，c图样中央亮纹比d图样宽)可以得出的正确结论是()A.a、b是光的衍射图样，c、d为光的干涉图样B.a、b是光的干涉图样，c、d为光的衍射图样C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短D.在同种介质中，形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率大〖答案〗B〖解析〗双缝干涉图样的条纹是等间距的，而衍射条纹间距不相等，则知a、b是光的干涉图样，c、d是光的衍射图样，故A错误，B正确；根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知，光的波长越长，双缝干涉条纹间距越大，则知形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长长，故C错误；波长越长，频率越小，折射率越小；形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长长，则形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率小，故D错误。探究2光的偏振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，只有沿着某个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。2.光的偏振现象表明光是横波。3.自然光与偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光不同点光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光或由某种介质反射或折射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波的强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向(与起偏器透振方向一致)相同点不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直〖例3〗(2020·铜川市一中高二期末)关于偏振现象，下列说法正确的是()A.所有单色光都是偏振光B.一切光和波都能发生偏振现象C.偏振现象是横波特有的现象D.光的振动方向与偏振片的透振方向平行时，光完全不能通过偏振片〖答案〗C〖解析〗自然光中的单色光不是偏振光，A错误；只有横波才能发生偏振现象，纵波不能发生偏振现象，因此偏振现象是横波特有的现象，B错误，C正确；光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时，光完全不能通过偏振片，D错误。〖针对训练1〗(多选)(2020·馆陶县一中高二月考)如图所示，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()A.此时A、B的透振方向垂直B.只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度才最弱，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大〖答案〗CD〖解析〗光是横波，振动方向和传播方向垂直，要使屏上透射光强度最大，A、B的偏振方向一定要平行，故A错误；只要A、B中任意一个旋转90°，A、B的透振方向垂直，屏上透射光的强度均达到最弱，几乎为零，故B错误，C正确；将A沿顺时针旋转180°时，两偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大，故D正确。探究3激光〖例4〗(多选)关于激光，下列说法正确的是()A.激光在自然界中普遍存在 B.激光是相干光C.激光的平行度好 D.激光的亮度高〖答案〗BCD〖解析〗激光是人造光，自然界没有，激光具有三大特点，平行度好、亮度高、是相干光；故A错误，B、C、D均正确。〖针对训练2〗可以利用激光来切割各种物质，这是应用了激光的()A.平行性好的特性 B.相干性好的特性C.亮度高的特征 D.单色性好的特性〖答案〗C〖解析〗激光具有方向性好，能量高的特点，利用激光来切割各种物质，这是应用了激光的亮度高、能量高的特征，所以选项C正确。1.(光的衍射)(2020·华师大二附中高二期中)以线状白炽灯为光源，通过狭缝观察该光源，可以看到()A.黑白相间的条纹，这是光的干涉B.黑白相间的条纹，这是光的衍射C.彩色的条纹，这是光的干涉D.彩色的条纹，这是光的衍射〖答案〗D〖解析〗由题可知该现象为光的衍射现象，故A、C错误；线状白炽灯发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同，因此各单色光的亮条纹或暗条纹不能完全重叠在一起，所以形成彩色条纹，故B错误，D正确。2.(光的衍射图样)(2020·湖北黄石二中高二月考)某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是()〖答案〗B〖解析〗因为衍射条纹与单缝平行，条纹中间宽、两边窄。故B正确，A、C、D错误。3.(光的偏振)(2020·浙江湖州高二期末)关于光的偏振现象下列说法正确的是()A.光的偏振现象说明光是纵波B.拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰C.一束自然光通过某偏振片时，只有振动方向与该偏振片透振方向垂直的光波才能通过D.一束自然光入射到两种介质的分界面上，只有当反射光与折射光线之间夹角恰好是90°时，反射光是偏振光〖答案〗B〖解析〗光的偏振现象说明光是横波，故A错误；拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰，这是利用光的偏振现象，故B正确；只有振动方向和透振方向互相平行的光才能通过偏振片，故C错误；一束自然光入射到两种介质的表面时，一定有反射光线，反射光是偏振光，与折射光、反射光之间夹角是否等于