新教材2025版高中物理第四章光6.光的衍射7.光的偏振激光学生用书新人教版选择性必修第一册

6.光的衍射7.光的偏振激光新课程标准核心素养目标1.视察光的衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用2．知道光是横波3．通过试验，了解激光的特性4．能举例说明激光技术在生产生活中的应用物理观念视察光的衍射现象，相识衍射条纹的特点；视察光的偏振现象，知道光是横波科学思维知道产生明显衍射的条件科学看法与责任知道偏振现象的应用必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、光的衍射1.定义光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了________，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．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现________相间的条纹，中心为________条纹，中心条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗．3．产生明显衍射现象的条件：障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长________，甚至比光的波长还要________．4．衍射光栅：(1)结构：有很多等宽的狭缝________排列起来形成的光学元件．狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越高．(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________．(3)衍射光栅的种类：________光栅和________光栅．情境思索：在十字路口为什么用红色灯作为停止的信号灯呢？提示：停止信号灯之所以选择红色，一方面是由于我们的眼睛对红色比较敏感，敏感度超过黄色或绿色；另一方面是由于在可见光中红光的波长最长．简单穿透空气中的水雾和烟尘，即波动性较强，靠衍射现象绕过水雾和烟尘．而其他的光波长较短，简单受到空气中浮动的粒子扰乱，因此红光比其他各种颜色的光更简单透过空气传到远方．二、光的偏振1．偏振(1)“偏振现象”：不同的横波，即使传播方向________，振动方向也可能是________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)让绳穿过一块带有狭缝的木板，先后将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置(如图)．对于图甲的情形，绳上的横波________穿过狭缝，而对于图乙的情形则________．2.光的偏振(1)偏振片：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个________的方向，沿着这个方向振动的光波能顺当________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”．(2)自然光：太阳、电灯等一般光源发出的光，包含着在______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________都相同．(3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着____________振动的光．3．偏振现象的应用：在照相机镜头前装一片____________、电子表的液晶显示等．三、激光的特点及其应用1．激光：传播方向、偏振、相位等性质完全________的光波，这就是激光．2．激光的特点及应用特点性质应用纯净性高激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的纯净性，即相干性光纤通信平行度好激光的平行度特别好，传播很远的距离后仍能保持肯定的强度精确地测距；供应目标指引；读取光盘上记录的信息等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；医学上可以用激光作“光刀”【思索辨析】推断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．(1)使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄．()(2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象．()(3)换用波长较长的光照耀，衍射条纹间距变宽．()(4)凡是波都有偏振现象．()(5)反射可以引起自然光的偏振．()情境思索：如图所示是立体电影中的图片．为什么立体电影会产生如此奇妙的效果？提示：在观看立体电影时，观众要戴上一副特制的眼镜，这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片．关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一光的衍射探究总结1.单缝衍射图样的特点(1)中心条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等；中心条纹最宽，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，所以亮纹的亮度降低．(3)中心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，中心亮条纹的宽度及条纹间距就越大．(4)用白光做单缝衍射时，中心亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中心亮条纹仍旧最宽最亮．如图所示．2．圆孔衍射图样的两个特点单色光的圆孔衍射图样中心亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环．越向外，亮环亮度越低．白光的圆孔衍射图样中心亮圆为白色，四周是彩色圆环．如图所示．3．障碍物的衍射图样的特点各种不同形态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．如图所示．典例示范例1如图所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光经过间距不同的双缝及宽度不同的单缝所形成的．则在下面的四幅图中(甲、乙、丙、丁)依次对应的是()A．双缝宽间距，双缝窄间距，宽单缝，窄单缝B．双缝窄间距，双缝宽间距，窄单缝，宽单缝C．宽单缝，窄单缝，双缝宽间距，双缝窄间距D．窄单缝，宽单缝，双缝窄间距，双缝宽间距课堂笔记针对训练1(多选)沙尘暴是由土地沙漠化引起的一种恶劣的天气现象，发生沙尘暴时能见度只有十几米，天气变黄变暗，这是由于这种状况下()A．只有波长较短的一部分光才能到达地面B．只有波长较长的一部分光才能到达地面C．只有频率较大的一部分光才能到达地面D．只有频率较小的一部分光才能到达地面针对训练2关于下列四幅图中所涉及的物理学问的论述中，正确的是()A．甲图是光的干涉图样B．乙图是光的衍射图样C．丙图是光的折射原理D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率探究点二光的偏振探究总结1.自然光通过偏振片后变成偏振光．2．当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，通过偏振片的光的强度不同．3．当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角为90°时，将无光通过偏振片．4．只有横波才有偏振现象，纵波无偏振现象，光的偏振现象证明光是横波．典例示范例2如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照耀到偏振片P上，再通过偏振片Q，现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90°，下列说法正确的是()A.M、N间为偏振光B．P、Q间为自然光C．P、Q间的光线亮度渐渐变暗D．光屏N上的亮度渐渐变暗针对训练3下面关于光的偏振现象的应用正确的是()A．立体电影利用了光的干涉现象B．为了增加光的透射率，照相机镜头表面的镀膜是利用了光的偏振现象C．茶色眼镜利用了光的偏振现象D．拍摄日落时分水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响针对训练4(多选)如图所示是立体电影的工作原理图，观众戴上一副特别的眼镜就能看到屏幕上的立体图像．关于立体电影，以下说法正确的是()A．观众戴上特制眼镜是为了防止损害眼睛B．这副眼镜其实就是一对偏振方向相互垂直的偏振片C.戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则屏幕上只是一片光亮而无图像D．产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时视察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同探究点三激光的应用探究总结激光作为一种人造光源，在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如：(1)激光雷达——利用激光的平行度好(2)读盘——利用激光的平行度好(3)医用激光刀——利用激光的亮度高(4)切割金属等难熔物质——利用激光的亮度高(5)激光育种——利用激光的亮度高(6)引起核聚变——利用激光的亮度高(7)作为干涉、衍射的光源——利用其单色性好典例示范例3(多选)关于应用激光的事例中，下列说法正确的是()A．激光平行度好可以用于测距B．激光能量特别集中，为治疗近视眼而研制的“激光刀”就利用了这个特点，优点是有效地削减了细菌的感染C．激光的亮度高，可以用于城市广场照明D．激光的相干性好，可用于双缝干涉试验课堂笔记思维方法激光相关问题解题关键(1)熟记激光的主要特点及应用．(2)激光作为一种光，具有光的一切性质，能发生衍射、干涉、反射、折射等，遵从反射定律、折射定律等．针对训练5(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的()A．单色性好B．平行度好C．粒子性D．能量高针对训练6关于激光的应用问题，下列说法正确的是()A．全息照相利用了激光平行度特别好的特点B．激光测距雷达利用了激光平行度好的特点C．用激光束来切割或焊接很硬的材料利用了激光平行度好的特点D．用激光读取DVD光盘上的信息利用了激光有相干性的特点课堂检测·素养提升——突出创新性素养达标1．甲图是太阳光照耀下，肥皂膜表面出现的彩色条纹；乙图是激光照耀下，针尖的影子，它的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹．下列说法正确的是()A．二者都是光的衍射现象B．二者都是光的干涉现象C．甲是光的干涉现象，乙是光的衍射现象D．甲是光的衍射现象，乙是光的干涉现象2．激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是()A．激光是纵波B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同C．两束频率不同的激光能产生干涉现象D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离3．(多选)在城市交通中，选用红灯表示禁止通行，其缘由是()A．红光简单产生干涉B．红光照耀的距离大C．红光简单引起人们的视觉反应D．红光简单产生衍射4．(多选)如图，P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中哪几种照耀P时能在P的另一侧视察到透射光()A．太阳光B．沿竖直方向振动的光C．沿水平方向振动的光D．沿与竖直方向成45°角振动的光5．某同学运用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝，进行光的衍射试验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是()6．光的衍射7．光的偏振激光必备学问·自主学习一、1．直线传播2．明暗亮3．差不多小4．等距离增加透射反射二、1．相同不同能不能2．特定通过垂直强度某个特定的方向3．偏振滤光片三、1．相同思索辨析答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√关键实力·合作探究探究点一【例1】【解析】双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，全部条纹宽度相同且等间距，故甲、乙两图是双缝干涉现象，依据双缝干涉条纹间距Δx＝lλd可知双缝间距d越小，Δ【答案】A针对训练1解析：据光发生衍射的条件，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光线能到达地面，据λ＝cf知，到达地面的答案：BD针对训练2解析：甲图是光的衍射图样，乙图是光的干涉图样，A、B错误；丙图是光的折射原理，C正确；丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，D错误．答案：C探究点二【例2】【解析】A、B错：M、P间为自然光，经过偏振片P后变为偏振光，因此P、Q与Q、N间为偏振光．C错：由于自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同，因此在偏振片P旋转过程中，P、Q间的光线亮度不变．D对：当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏N上没有亮度，则旋转过程中光屏N上光的亮度渐渐变暗．【答案】D针对训练3解析：A错：放映立体电影的时候用双镜头放映机，两个镜头前放有偏振方向不同的偏振片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像．B错：为了增加光的透射率，照相机镜头表面的镀膜是利用了光的薄膜干涉现象．C错：茶色眼镜利用了金属化合物在玻璃中变更，从而形成色调．D对：拍摄日落时分水面下的景物时，为减小反射光的影响，在照相机镜头前装一个偏振片．答案：D针对训练4解析：放映立体电影时有左右两架放映机同时工作，在每架放映机前装有一块偏振镜子，其偏振方向相互垂直，因此从放映机前偏振镜射出的两束偏振光的偏振方向相互垂直，这两束偏振光经屏幕反射其偏振方向不变更，观众所戴的偏振眼镜的两只镜片偏振方向相互垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振镜的偏振方向一样，这样，左眼只能看刭左边放映机放映出的画面，右眼只能看到右边放映机放映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感，因此B、D选项正确．答案：BD探究点三【例3】【解析】激光平行度好，即使传播了很远的距离之后，它仍保持肯定的强度，此特点可用于激光测距，A正确；激光的亮度高，能量特别集中，可应用于金属的加工、激光医疗