人教版(新教材)高中物理选择性必修1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PAGEPAGE15光的衍射6光的偏振激光〖学习目标〗1．知道什么是光的衍射，知道产生明显衍射现象的条件.2.知道什么是光的偏振现象，知道光是一种横波.3.了解激光的特点和应用．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比，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．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1．判断下列说法的正误．(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的．(×)(2)只有波长长的光才发生衍射现象．(×)(3)横波和纵波都能产生偏振现象．(×)(4)自然光通过偏振片可以获得偏振光．(√)(5)用激光做双缝干涉实验是应用了激光具有高度的相干性的特点．(√)(6)利用激光的平行度好的特点，可以利用激光进行距离测量．(√)2．下列四幅图片中属于光的干涉的是________，属于光的衍射的是________．〖答案〗ab、d一、光的衍射导学探究(1)让一束红光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化．缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？〖答案〗(1)大约0.8mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱．(2)会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环．知识深化三种衍射图样的特点1．单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大．2.圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环．如图1所示．图1(1)中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小．(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．3．圆板衍射(泊松亮斑)(1)若在单色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．衍射图样如图2所示．图2(2)中央是亮斑，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．(多选)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〖答案〗AC〖解析〗红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，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项屏中大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．二、单缝衍射与双缝干涉的比较1．不同点(1)产生条件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(单缝衍射：狭缝足够小发生明显衍射,双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加))(2)图样eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(单缝衍射的图样是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减弱的结果．(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．如图3所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是()图3A．甲、乙是光的干涉图样B．丙、丁是光的干涉图样C．形成甲图样的光的波长比形成乙图样光的波长短D．形成丙图样的光的波长比形成丁图样光的波长短〖答案〗A〖解析〗干涉条纹是等间距的条纹，因此甲、乙图是干涉图样，丙、丁图是衍射图样，故A正确，B错误；由公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以甲图样的光的波长比乙图样的光的波长长，故C错误；丙图样的光的波长比丁图样的光的波长长，故D错误．三、光的偏振导学探究如图4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？图4〖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狭缝，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.知识深化1．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．光的偏振现象表明光是一种横波．3．自然光与偏振光的比较自然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偏振片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(与偏振片透振方向一致)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(多选)如图5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()图5A．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〖答案〗BD〖解析〗自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只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，故A错；它通过偏振片A后，即变为偏振光，故B对；设通过A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮，故C错；以SP为轴将B转过90°后，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故D对．针对训练(2019·重庆八中期中)如图6所示，白炽灯的右侧依次放置偏振片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6A．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〖答案〗C〖解析〗旋转偏振片P，A处得到的是强度始终相同的偏振光，偏振光再经过偏振片Q，B处的光强随着P的转动而变化，当Q的透振方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时，B处的光强最弱，选项C正确．四、激光1．激光的产生激光是原子受激辐射产生的光，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．激光是人工产生的相干光．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．用激光做衍射、干涉实验，效果很好．(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．关于激光的应用，下列说法正确的是()A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点C．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点〖答案〗C〖解析〗由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，D错误.1．(光的衍射)(多选)对光的衍射现象的定性分析，正确的是()A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象B．衍射条纹图样是光波相互叠加的结果C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论〖答案〗ABC〖解析〗根据光的衍射现象的定义可知选项A正确；衍射图样中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，选项B正确；因为衍射是波特有的现象，所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项C正确；当障碍物较大时，光的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的，选项D错误．2．(单缝衍射与双缝干涉的比较)(多选)如图7(a)所示是做双缝干涉实验的示意图．先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝．若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，红光波长大于蓝光波长，则()图7A．完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹B．完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹C．完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹D．完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹〖答案〗AD〖解析〗题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样，再根据条纹宽度的有关因素分析即可．题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹，再根据条纹宽度的有关因素进行分析即可．操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)图案，由图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上为题图(c)图案，再结合波长关系可知D正确．3．(光的偏振)(2020·天津二中期中)关于光的偏振现象，下列说法正确的是()A．偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同B．自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光C．光的偏振现象说明光是一种纵波D．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用〖答案〗B〖解析〗自然光在垂直于传播方向上沿一切方向振动，且各个方向振动的光波强度都相同，而偏振光在垂直于传播方向上沿某个方向振动的光波强度最大，选项A错误；自然光在水面反射时，反射光和折射光的振动方向不同，但都是一定程度的偏振光，选项B正确；光的偏振现象，说明光是一种横波，选项C错误；照相机的增透膜，使得光线因反射发生干涉相消现象从而增大透光性，属