2018-2019高中物理 第13章 光 13.5-13.6 光的衍射 光的偏振課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、5 光的衍射 6 光的偏振,【自主預(yù)習(xí)】 1.光的衍射: (1)衍射現(xiàn)象:光能夠繞過(guò)障礙物而到達(dá)“_”區(qū)域 的現(xiàn)象。 (2)產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:障礙物或孔的尺寸比波 長(zhǎng)_或跟波長(zhǎng)_。,陰影,小,差不多,(3)幾種衍射現(xiàn)象: 單縫衍射: a.單色光的衍射條紋是一些_的條紋,中央 _、_,離中央條紋越遠(yuǎn),亮條紋的寬度_, 亮度_。 b.白光的衍射條紋中間為_,兩側(cè)為_。,明暗相間,最寬,最亮,越小,越低,白色條紋,彩色條紋,圓孔衍射:中間是大且亮的_,周圍分布著明 暗相間的_,且越靠外,圓形亮條紋的亮度_, 寬度_。 泊松亮斑:若在單色光傳播途中,放一個(gè)較小的圓形 障礙物,會(huì)發(fā)現(xiàn)在陰影的中心有

2、一個(gè)_,這就是著名 的泊松亮斑。,圓形亮斑,同心圓環(huán),越弱,越小,亮斑,衍射光柵:由許多等寬的狹縫_地排列起來(lái)形 成的光學(xué)元件。和單縫衍射相比,衍射光柵的衍射條紋 的間距_,亮度_。分為_光柵和_光柵 兩類。,等距離,變窄,增加,透射,反射,2.光的偏振: (1)橫波和縱波的特點(diǎn):橫波中各點(diǎn)的振動(dòng)方向總與波 的傳播方向_。縱波中各點(diǎn)的振動(dòng)方向總與波的傳 播方向在_,偏振現(xiàn)象是_特有的現(xiàn)象。,垂直,同一直線上,橫波,(2)自然光和偏振光: 自然光:太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光,包含著在 _于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光,沿著各個(gè)方 向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都_。 偏振光:在_于傳播方向的平面上,只沿著

3、某個(gè)特 定的方向振動(dòng)的光。,垂直,相同,垂直,(3)光的偏振的應(yīng)用: 水或玻璃表面的反射光的干擾,常使景像不清楚,如 果在照相機(jī)鏡頭前裝一片_,讓它的透振方 向與反射光的偏振方向垂直,就可以_反射光而使 景像清晰。 夜晚行車時(shí),對(duì)方照射過(guò)來(lái)的光很強(qiáng),若加一個(gè)_ _,可減弱對(duì)眼睛的照射。 立體電影是利用了光的_原理。,偏振濾光片,減弱,偏振,片,偏振,【預(yù)習(xí)小測(cè)】 1.(多選)關(guān)于偏振現(xiàn)象和偏振光,下列說(shuō)法中正確的 是 ( ) A.只有電磁波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象,機(jī)械波不能發(fā)生偏振現(xiàn)象 B.只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象,縱波不能發(fā)生偏振現(xiàn)象,C.自然界不存在偏振光,自然光只有通過(guò)偏振片才能變?yōu)槠窆?D

4、.除了從光源直接發(fā)出的光以外,我們通?？吹降慕^大部分光都是偏振光,【解析】選B、D。只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象,而機(jī)械波中有橫波,當(dāng)然也可以發(fā)生偏振現(xiàn)象,A錯(cuò)誤,B正確。我們通?？吹降慕^大部分光都是偏振光。自然光不一定非要通過(guò)偏振片才能變?yōu)槠窆?C錯(cuò)誤,D正確。,2.在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中,會(huì)出現(xiàn)美麗的衍射條紋,下列四幅圖片中屬于光的衍射圖樣的是 ( ),【解析】選D。光的單縫衍射圖樣的特點(diǎn)是中央亮條紋最寬最亮,符合這個(gè)特點(diǎn)的只有選項(xiàng)D,故D項(xiàng)正確。,3.如圖所示,讓自然光照到P、Q兩偏振片上,當(dāng)P、Q兩偏振片的透射光偏振方向間的夾角為以下哪個(gè)度數(shù)時(shí),透射光的強(qiáng)度最弱 ( ) A.0 B.30

5、C.60 D.90,【解析】選D。兩偏振片透振方向相同時(shí)透過(guò)的偏振光最強(qiáng),兩偏振片透振方向垂直時(shí)幾乎沒有偏振光透過(guò),D正確。,主題一 光和衍射 【互動(dòng)探究】 探究點(diǎn)1 光的衍射現(xiàn)象,圖甲是單縫衍射示意圖,圖乙是透射光柵,請(qǐng)結(jié)合兩圖思考下列問(wèn)題。 (1)單縫衍射實(shí)驗(yàn)如何表明光沒有沿直線傳播? 提示:當(dāng)縫比較寬時(shí),光沿直線通過(guò)狹縫,在屏上產(chǎn)生一條與縫寬相當(dāng)?shù)牧翖l紋;當(dāng)縫調(diào)到很窄時(shí),盡管亮條紋亮度有所降低,但是寬度反而增大了,這表明,光沒有沿直線傳播。,(2)光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么?怎樣解釋在日常生活中很難觀察到光的衍射現(xiàn)象? 提示:在障礙物或孔的尺寸等于或小于光波波長(zhǎng)的條件下,就會(huì)發(fā)生明顯

6、的衍射現(xiàn)象。由于光波的波長(zhǎng)很小,日常生活中的擋光物體尺寸遠(yuǎn)大于光的波長(zhǎng),難以滿足光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,所以日常生活中很難觀察到光的衍射現(xiàn)象。,(3)衍射光柵的構(gòu)造特點(diǎn)以及光柵衍射條紋的特點(diǎn)是什么? 提示:衍射光柵是由許多等寬的狹縫等距離地排列起來(lái)形成的光學(xué)儀器,光柵衍射形成細(xì)而亮的衍射條紋。,探究點(diǎn)2 雙縫干涉與單縫衍射的異同點(diǎn) 結(jié)合下表分析光的雙縫干涉和單縫衍射有哪些異同點(diǎn)。,小,跟波,長(zhǎng)差不多,頻率,相位差,最寬,相等,越小,等間距,最亮,基本,相等,疊加,波,波,【探究總結(jié)】 1.對(duì)光的衍射現(xiàn)象的理解: (1)光的衍射:光繞過(guò)障礙物或通過(guò)小孔進(jìn)入幾何陰影區(qū)的現(xiàn)象。 (2)光的衍射的意

7、義:光的直線傳播規(guī)律不是絕對(duì)正確的,只是相對(duì)正確的。 (3)當(dāng)障礙物或小孔的尺寸等于或小于光波的波長(zhǎng)時(shí),光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。,2.光通過(guò)圓孔的幾種現(xiàn)象:只有圓孔足夠小時(shí),才能得到明顯的衍射圖樣。在圓孔由較大直徑逐漸減小的過(guò)程中,光屏依次得到幾種不同現(xiàn)象圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)、完全黑暗。,【典例示范】 讓太陽(yáng)光垂直照射一塊遮光板,板上有一個(gè)可以自由收縮的三角形孔,當(dāng)此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時(shí),在孔后的屏上將先后出現(xiàn) ( ) A.由大變小的三角形光斑,直至光斑消失 B.由大變小的三角形光斑,明暗相間的彩色條紋,直至條紋消失,C.由大變小的三

8、角形光斑,明暗相間的黑白色條紋,直至條紋消失 D.由大變小的三角形光斑,小圓形的光斑,明暗相間的彩色條紋,直至條紋消失,【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn): (1)小孔成像的“小孔”大小介于兩種情況之間,小孔成像因?yàn)槌傻氖翘?yáng)的像,所以是小圓形光斑。 (2)小孔小到和波長(zhǎng)差不多時(shí),出現(xiàn)衍射現(xiàn)象。,【解析】選D。當(dāng)孔足夠大時(shí),由于光的直線傳播,所以屏上首先出現(xiàn)的是三角形光斑,之后隨著小孔的繼續(xù)縮小,出現(xiàn)小孔成像,成的是太陽(yáng)的像,故為小圓形光斑,隨著小孔的進(jìn)一步縮小,當(dāng)尺寸與光波波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí),出現(xiàn)了明暗相間的衍射條紋,最后隨小孔的閉合而全部消失,所以只有D是正確的。,【探究訓(xùn)練】 1.對(duì)光的衍射現(xiàn)象

9、的定性分析,下列描述中正確的 是 ( ) A.只有障礙物尺寸小時(shí),光才會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象 B.衍射現(xiàn)象是光波互相疊加的結(jié)果 C.光的衍射否定了光的直線傳播的結(jié)論 D.光的衍射為光的粒子說(shuō)提供了有力的證據(jù),【解析】選B。光遇到障礙物都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象,只不過(guò)有明顯和不明顯之分,A項(xiàng)錯(cuò)誤;光波衍射形成明暗相間的條紋是疊加形成的,B項(xiàng)正確;光的衍射現(xiàn)象與光的直線傳播并不矛盾,前者是波動(dòng)性的體現(xiàn),后者是粒子性的體現(xiàn),故C、D項(xiàng)均錯(cuò)誤。,2.(多選)(2018蘇州高二檢測(cè))關(guān)于光的衍射現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是 ( ) A.紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋 B.白光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋 C.光照

10、到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑,說(shuō)明發(fā)生了衍射 D.光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑,說(shuō)明光沿直線傳播,不存在光的衍射,【解析】選A、C。單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是明暗相間的直條紋。白光的衍射圖樣是彩色條紋。光照到不透明圓盤上,在其陰影處出現(xiàn)亮點(diǎn),是衍射現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分,D項(xiàng)中屏上大光斑的邊緣會(huì)變得模糊,正是光的衍射造成的,不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象。,3.(多選)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法中正確的 是 ( ) A.將入射光由黃色換成綠色,衍射條紋間距變小(黃綠) B.使單縫寬度變小,衍射條紋間距變小 C.換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射,衍射條紋間距變大 D.增大單縫到屏的距離,衍射條紋

11、間距變大,【解析】選A、C、D。當(dāng)單縫寬度一定時(shí),波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射現(xiàn)象越明顯,即光偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn),條紋間距越大;當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí),單縫寬度越小,衍射現(xiàn)象越明顯,條紋間距越大,單縫到光屏的距離增大時(shí),衍射條紋間距變大,則A、C、D正確,B錯(cuò)誤。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.(多選)在用單色平行光照射單縫觀察衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A.縫越窄,衍射現(xiàn)象越明顯 B.縫越寬,衍射現(xiàn)象越明顯 C.照射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射現(xiàn)象越明顯 D.照射光的頻率越高,衍射現(xiàn)象越明顯,【解析】選A、C。發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多,則A、C正確,B、D錯(cuò)誤。,2.(多選

12、)在城市交通中,用紅燈表示禁止通行,其原理是 ( ) A.紅光容易產(chǎn)生干涉 B.紅光照射的距離大 C.紅光容易引起人們的視覺反應(yīng) D.紅光容易產(chǎn)生衍射,【解析】選C、D。紅光在可見光中的波長(zhǎng)最長(zhǎng),容易發(fā)生衍射,在霧天、雨天、沙塵暴等惡劣天氣里,使司機(jī)和行人都能看到紅燈,避免交通事故的發(fā)生;同時(shí)紅光也容易引起人們的視覺反應(yīng)。,【通法悟道】單縫衍射規(guī)律 (1)波長(zhǎng)一定時(shí),單縫窄的中央條紋寬,各條紋間距大。 (2)單縫不變時(shí),光波波長(zhǎng)長(zhǎng)的(紅光)中央亮紋寬,條紋間隔大。 (3)白熾燈的單縫衍射條紋為中央亮,兩側(cè)為彩色條紋,且外側(cè)為紅色,靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色。,主題二 光的偏振 【互動(dòng)探究】,結(jié)合上述

13、圖片,回答以下問(wèn)題。 (1)如圖甲、乙所示,探究狹縫與振動(dòng)方向平行放置及與振動(dòng)方向垂直放置時(shí),軟繩形成橫波后,有什么現(xiàn)象發(fā)生?若將這根繩換成細(xì)軟的彈簧,前后推動(dòng)彈簧形成縱波,又會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?對(duì)比實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么?,提示:狹縫與振動(dòng)方向平行放置時(shí),橫波能繼續(xù)往前傳播,狹縫與振動(dòng)方向垂直放置時(shí),橫波不能繼續(xù)往前傳播,而縱波不受此條件限制。對(duì)比實(shí)驗(yàn)說(shuō)明可以用類似的實(shí)驗(yàn)判斷光波是橫波而不是縱波。,(2)如圖丙所示,偏振片有什么特點(diǎn)?對(duì)光的作用是怎樣的? 提示:偏振片由特定的材料制成,每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向,只有沿著這個(gè)方向振動(dòng)的光波才能通過(guò)偏振片。,(3)自然光和偏振光各有怎樣的特點(diǎn)? 提示:自

14、然光:從普通光源(如太陽(yáng)、電燈等)直接發(fā)出的光,包含著在垂直于光的傳播方向上,沿一切方向振動(dòng)的光,而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。 偏振光:自然光通過(guò)偏振片后,只有振動(dòng)方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通過(guò),這時(shí)的光只沿著一個(gè)特定的方向振動(dòng)。,(4)你能舉出幾個(gè)偏振現(xiàn)象應(yīng)用的實(shí)例嗎? 提示:在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片,讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直,就可以減弱反射光而使景象清晰。 夜晚行車時(shí),對(duì)方照射過(guò)來(lái)的光很強(qiáng),若加一個(gè)偏振片,可減弱對(duì)方燈光對(duì)眼睛的照射。 立體電影、液晶顯示也是利用了光的偏振原理。,【探究總結(jié)】 1.光的偏振實(shí)驗(yàn): (1)實(shí)驗(yàn)中第一塊偏振片叫作起偏器,第

15、二塊偏振片叫作檢偏器。當(dāng)太陽(yáng)光或燈光通過(guò)偏振片時(shí),旋轉(zhuǎn)偏振片可以從偏振片的另一側(cè)觀察到光。光的振動(dòng)方向在光屏面的各個(gè)方向上。,(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:橫波只沿著某一個(gè)特定的方向振動(dòng),稱為波的偏振,只有橫波才有偏振現(xiàn)象,而縱波沒有偏振現(xiàn)象。所以,光是一種橫波。,2.偏振光的獲得與應(yīng)用:,3.自然光和偏振光的比較:,【典例示范】 如圖所示,白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q,A點(diǎn)位于P、Q之間,B點(diǎn)位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P,A、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是 ( ),A.A、B均不變 B.A、B均有變化 C.A不變,B有變化 D.A有變化,B不變 【解題指南】(1)自然光通過(guò)偏振片會(huì)變成偏振光。 (2)當(dāng)兩偏

16、振片相互垂直時(shí),沒有光再透過(guò)第二個(gè)偏振片。,【解析】選C。對(duì)白熾燈而言,無(wú)論偏振片P轉(zhuǎn)動(dòng)到哪個(gè)方向,獲得的都是單一振動(dòng)方向、強(qiáng)度都相同的偏振光;轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片P時(shí),只有透振方向和偏振片Q的透振方向相同時(shí),才能有光透過(guò),其他情況的光照強(qiáng)度均為零,所以答案選C。,【探究訓(xùn)練】 1.下列現(xiàn)象中可以說(shuō)明光是橫波的是 ( ) A.光的干涉和衍射現(xiàn)象 B.光的色散現(xiàn)象 C.光的全反射現(xiàn)象 D.光的偏振現(xiàn)象 【解析】選D。光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光的振動(dòng)方向與傳播方向垂直,即說(shuō)明光是橫波,所以正確選項(xiàng)為D。,2.(2018衡水高二檢測(cè))夜晚,汽車前燈發(fā)出的強(qiáng)光將迎面駛來(lái)的汽車司機(jī)照得睜不開眼,嚴(yán)重影響行車安全。若考慮將

17、汽車前燈玻璃改用偏振玻璃,使射出的燈光變?yōu)槠窆?同時(shí)汽車前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透振方向正好與燈光的振動(dòng)方向垂直,但還要能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體。假設(shè)所有的汽車前窗玻璃和前燈玻璃均按同一要求設(shè)置,如下措施中可行的是 ( ),A.前窗玻璃的透振方向是豎直的,車燈玻璃的透振方向是水平的 B.前窗玻璃的透振方向是豎直的,車燈玻璃的透振方向是豎直的 C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45,車燈玻璃的透振方向是斜向左上45 D.前窗玻璃和車燈玻璃的透振方向都是斜向右上45,【解析】選D。此題要求自己車燈發(fā)出的光經(jīng)對(duì)面車反 射后仍能進(jìn)入自己眼中,而對(duì)面車燈發(fā)出的光不能進(jìn)入 自己的眼中。若前窗的

18、透振方向豎直、車燈玻璃的透 振方向水平,從車燈發(fā)出的光照射到物體上反射回的光 線將不能透過(guò)窗玻璃,司機(jī)面前將是一片漆黑,所以A錯(cuò) 誤;若前窗玻璃與車燈玻璃透振方向均豎直,則對(duì)面車 燈的光仍能照射得司機(jī)睜不開眼,B錯(cuò)誤;若前窗玻璃的,透振方向是斜向右上45,車燈玻璃的透振方向是斜向左上45,則車燈發(fā)出的光經(jīng)物體反射后無(wú)法透射進(jìn)本車窗內(nèi),卻可以透射進(jìn)對(duì)面車內(nèi),C錯(cuò)誤,故D正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 (多選)如圖所示,電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過(guò)偏振片A和B,人眼在P處迎著入射光方向看不到光亮,則 ( ) A.圖中a光為偏振光 B.圖中b光為偏振光 C.以SP為軸將B轉(zhuǎn)過(guò)180后,在P處將看到光亮 D.以SP為

19、軸將B轉(zhuǎn)過(guò)90后,在P處將看到光亮,【解析】選B、D。自然光在垂直于傳播方向的平面內(nèi), 沿各個(gè)方向振動(dòng)是均勻分布的,通過(guò)偏振片后,透射光 是只沿著某一特定方向振動(dòng)的光。從電燈直接發(fā)出的 光為自然光,故A錯(cuò);它通過(guò)A偏振片后,即變?yōu)槠窆? 故B對(duì);設(shè)通過(guò)A的光沿豎直方向振動(dòng),而B偏振片只能通 過(guò)沿水平方向振動(dòng)的偏振光,則P點(diǎn)無(wú)光亮,將B轉(zhuǎn)過(guò) 180后,P處仍無(wú)光亮,故C錯(cuò);若將B轉(zhuǎn)過(guò)90,則該,偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^(guò)豎直方向上振動(dòng)的光的偏振片,則偏振光能通過(guò)B,即在P處有光亮,故D對(duì)。,【通法悟道】偏振光與自然光的區(qū)別 (1)光的振動(dòng)沿各個(gè)方向均勻分布的光是自然光,只沿特定方向振動(dòng)的光就是偏振光。 (2)偏振光和自然光只在振動(dòng)方向上有區(qū)別,在其他方面無(wú)區(qū)別。 (3)偏振片不改變光的顏色,即不能改變光的頻率。,【課堂小結(jié)】,