2019-2020學(xué)年高中物理 第13章 5 光的衍射 6 光的偏振學(xué)案 新人教版選修3-4

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1、5　光的衍射6　光的偏振 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道光的衍射現(xiàn)象，知道幾種衍射現(xiàn)象的圖樣.2.理解光產(chǎn)生明顯衍射的條件．(重點(diǎn))3.知道光的偏振現(xiàn)象，知道偏振是橫波特有的性質(zhì)．(難點(diǎn))4.知道偏振光和自然光，知道偏振光的應(yīng)用． 一、光的衍射 1．定義：光通過很小的狹縫(或圓孔)時(shí)，明顯地偏離了直線傳播的方向，在屏上應(yīng)該出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)明條紋或亮斑，應(yīng)該屬于亮區(qū)的地方也會(huì)出現(xiàn)暗條紋或暗斑的現(xiàn)象． 2．衍射圖樣：衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗條紋或光環(huán)． 3．單縫衍射：單色光通過狹縫時(shí)，在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央為亮條紋，中央條紋最寬最亮，其余條紋變窄變暗；白光通過狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)彩色條

2、紋，中央為白條紋． 4．圓孔衍射：光通過小孔時(shí)(孔很小)在屏幕上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)． 5．泊松亮斑：障礙物的衍射現(xiàn)象． 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)在陰影中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑． 6．衍射光柵 (1)結(jié)構(gòu) 由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學(xué)儀器． (2)衍射圖樣特點(diǎn) 與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加． 二、光的偏振 偏振現(xiàn)象 只有沿偏振片的“透振方向”振動(dòng)的光波才能通過偏振片 結(jié)論 偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波 偏振光的形成 (1)自然光通過偏振片后得到偏振光 (2)自然光在介質(zhì)表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振

3、光 偏振現(xiàn)象的應(yīng)用 (1)把偏振片裝在照相機(jī)鏡頭前 (2)電子表的液晶顯示 1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”) (1)白光通過盛水的玻璃杯，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，可看到彩色光，是光的衍射現(xiàn)象． (×) (2)菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色，是光的折射現(xiàn)象． (×) (3)用兩支圓柱形鉛筆并在一起，形成一個(gè)狹縫，使狹縫平行于日光燈，會(huì)看到彩色的衍射條紋． (√) (4)凡是波都有偏振現(xiàn)象． (×) (5)反射可以引起自然光的偏振． (√) 2．在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是(　　) A．將入射光由黃光換成綠光，衍射條紋間距變窄 B．使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄 C

4、．換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬 D．增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬 E．條紋間距與單縫到屏的距離無關(guān) ACD　[當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，即光偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)，條紋間距也越大，A、C正確；當(dāng)光的波長一定時(shí)，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大，B錯(cuò)誤；光的波長一定、單縫寬度也一定時(shí)，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會(huì)變寬，D正確，E錯(cuò)誤．] 3.對于光的偏振，下列說法正確的是(　　) A．自然光是偏振光 B．自然光通過偏振片后成為偏振光 C．偏振光不能再通過偏振片 D．如果偏振片的透振方向與偏振光的振動(dòng)方向垂直，偏振光不能透過偏振

5、片 E．偏振現(xiàn)象表明光是橫波 BDE　[自然光在垂直于傳播方向的所有方向上都存在光振動(dòng)，不是偏振光，A選項(xiàng)錯(cuò)誤．自然光透過偏振片后的光振動(dòng)方向只沿著偏振片的透振方向，故自然光透過偏振片后變?yōu)槠窆猓灰窆獾恼駝?dòng)方向與偏振片的透振方向不垂直就能通過偏振片，當(dāng)兩者方向平行時(shí)，透射光強(qiáng)度最大，C選項(xiàng)錯(cuò)誤．當(dāng)兩者方向垂直時(shí)，偏振光將不能通過偏振片，故D選項(xiàng)正確．偏振現(xiàn)象表明光是橫波，E選項(xiàng)正確．] 光的衍射 1．產(chǎn)生明顯衍射的條件 障礙物的尺寸可以跟光的波長相近或比光的波長還要小時(shí)能產(chǎn)生明顯的衍射．對同樣的障礙物，波長越長的光，衍射現(xiàn)象越明顯；對某種波長的光，障礙物越小，衍射

6、現(xiàn)象越明顯．由于波長越長，衍射性越好，所以觀察到聲波的衍射現(xiàn)象就比觀察到光波的衍射現(xiàn)象容易得多． 2．三種不同的衍射現(xiàn)象及特點(diǎn) (1)單縫衍射． ①現(xiàn)象：如圖所示，點(diǎn)光源S發(fā)出的光經(jīng)過單縫后照射到光屏上，若縫較寬，則光沿直線傳播，傳播到光屏上的AB區(qū)域；若縫足夠窄，則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區(qū)，在AA′、BB′區(qū)出現(xiàn)亮暗相間的條紋，即發(fā)生了衍射現(xiàn)象． ②單縫衍射圖樣的四個(gè)特點(diǎn)： a．中央條紋亮而寬； b．兩側(cè)亮條紋具有對稱性，亮條紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱； c．波長一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大，單縫不變時(shí)，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大； d．白光

7、的單縫衍射條紋中央為白色亮條紋，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近白色亮條紋的內(nèi)側(cè)為紫色． (2)圓孔衍射． ①現(xiàn)象：圓孔衍射如圖甲所示，當(dāng)擋板AB上的圓孔較大時(shí)，光屏上出現(xiàn)如圖乙中a所示的情形，光沿直線傳播，無明顯衍射現(xiàn)象發(fā)生；當(dāng)擋板AB上的圓孔很小時(shí)，光屏上出現(xiàn)如圖乙中b所示的衍射圖樣，出現(xiàn)亮、暗相間的圓環(huán)． 　　　　　　甲　　　　　　　　　　　乙 ②圓孔衍射圖樣的兩個(gè)特點(diǎn) 單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)．越向外，亮環(huán)亮度越低． 白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環(huán)． (3)泊松亮斑——障礙物的衍射現(xiàn)象． ①現(xiàn)象：各種不同

8、形狀的障礙物也能使光發(fā)生衍射，使影的輪廓模糊不清．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)在陰影中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑，如圖乙中c所示． ②障礙物的衍射圖樣的特點(diǎn)． 圓形陰影中心有一亮斑，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)．與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別． 【例1】　對于單縫衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．縫的寬度d越小，衍射條紋越暗 B．縫的寬度d越小，衍射現(xiàn)象越明顯 C．縫的寬度d越小，光的傳播路線越接近直線 D．入射光的波長越短，衍射現(xiàn)象越明顯 E．入射光的波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯 ABE　[單縫寬度越小，衍射條紋的亮

9、度越小，選項(xiàng)A對；入射光的波長越長，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，選項(xiàng)B、E對，選項(xiàng)C、D錯(cuò)．] 對衍射現(xiàn)象的理解 (1)衍射現(xiàn)象是否明顯方面：入射光波長越大，障礙物、小孔和狹縫的尺寸越小，衍射現(xiàn)象越明顯． (2)衍射條紋的亮度方面：小孔和狹縫的尺寸越小，衍射條紋的亮度越?。? 1．用單色光分別通過小圓盤與小圓孔做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，在光屏上得到衍射圖樣，它們的特點(diǎn)是(　　) A．用前者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是暗的，用后者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是亮的 B．用前者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是亮的，用后者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是暗的 C．中央均為亮點(diǎn)的同心圓形條紋 D．中央均為暗點(diǎn)的同心圓形條紋 C　[前者為障

10、礙物小圓盤的衍射，障礙物后的陰影中央是一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑，是光繞過盤的邊緣后在中央疊加后形成的，在亮斑的周圍有一個(gè)大的影區(qū)，在影區(qū)的邊沿有明暗相間的圓環(huán)．圓孔衍射形成的圖樣是明暗相間的同心圓環(huán)，中央是明亮的．] 單縫衍射和雙縫干涉的比較 單縫衍射與雙縫干涉的比較 　　名稱 項(xiàng)目　　 單縫衍射 雙縫干涉 不同點(diǎn) 產(chǎn)生條件 只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生 頻率相同的兩列光波相遇疊加 條紋寬度 條紋寬度不等，中央最寬 條紋寬度相等 條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距 亮度 中央條紋最亮，兩邊變暗 條紋清晰，亮度基本相等 相

11、同點(diǎn) 成因 都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時(shí)加強(qiáng)或削弱的結(jié)果 意義 都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波 【例2】　關(guān)于光的干涉和衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．光的干涉現(xiàn)象遵循波的疊加原理，衍射現(xiàn)象不遵循波的疊加原理 B．光的干涉和衍射現(xiàn)象都遵循波的疊加原理 C．光的干涉條紋是彩色的，衍射條紋是黑白相間的 D．光的干涉和衍射現(xiàn)象現(xiàn)象都說明光具有波動(dòng)性 E．光的干涉和衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結(jié)果 BDE　[光的干涉現(xiàn)象和光的衍射現(xiàn)象都是波特有的現(xiàn)象，都是光波疊加的結(jié)果，白光的干涉條紋是彩色的，白光的衍射條紋也是彩色的，只是條紋間距特點(diǎn)及亮度特點(diǎn)不同而已，故B、D、

12、E正確．] 區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法 (1)根據(jù)條紋的寬度區(qū)分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的；而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，兩側(cè)的條紋變窄． (2)根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分：雙縫干涉條紋，從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很小；而單縫衍射條紋中央亮紋最亮，兩側(cè)的亮紋逐漸變暗． 2．如圖甲、乙所示，是單色光通過窄縫后形成明暗相間的兩種條紋圖樣________為單縫衍射的圖樣，________為雙縫干涉的圖樣． [解析]　甲圖中的條紋寬度不等，中央寬，兩側(cè)窄，應(yīng)為單縫衍射圖樣．乙圖中的條紋等寬等距，應(yīng)為雙縫干涉圖樣． 【答案】　甲　乙

13、 光的偏振 1．橫波、縱波的判斷方法 直接看質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與傳播方向的關(guān)系．若互相垂直為橫波；若在同一直線上為縱波．這種方法適用于看得見質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的機(jī)械波． 2．偏振片 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)的光波才能通過偏振片，這個(gè)方向叫做透振方向．偏振片對光波的作用就像狹縫對機(jī)械波的作用一樣． 3．自然光和偏振光的比較 自然光 偏振光 成因 從光源(如太陽、電燈等)直接發(fā)出的光 自然光通過偏振片后就變成了偏振光，反射光、折射光均為偏振光 振動(dòng) 方向 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著各個(gè)方向振動(dòng) 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，

14、并且只有一個(gè)振動(dòng)方向 經(jīng)偏振片后現(xiàn)象比較 如上圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化 如上圖所示，偏振光經(jīng)偏振片后，若偏振方向與透振方向平行，屏亮；若垂直，則屏暗；若介于兩者之間，則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗 【例3】　在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個(gè)偏振片P和Q，在Q的后邊放上光屏，如圖所示，則下列說法不正確的是(　　) A．Q不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度不變 B．Q不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱 C．P不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變 D．P不動(dòng)，

15、旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱 E．P不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度消失 ACE　[P是起偏器，它的作用是把太陽光(自然光)轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆猓撈窆獾恼駝?dòng)方向與P的透振方向一致，所以當(dāng)Q與P的透振方向平行時(shí)，通過Q的光強(qiáng)最大；當(dāng)Q與P的透振方向垂直時(shí)通過Q的光強(qiáng)最小，即無論旋轉(zhuǎn)P或Q，屏上的光強(qiáng)都是時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，故選ACE.] 對偏振光的理解 (1)自然光通過一個(gè)偏振片成為偏振光，透射光的偏振方向與偏振片的放置有關(guān)，但光的強(qiáng)度與偏振片的方向無關(guān)． (2)偏振光通過偏振片時(shí)，透光的強(qiáng)度與偏振方向和偏振方向的夾角大小有關(guān)． 3．(單選)如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置

16、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 C　[白熾燈光是自然光，包含各個(gè)方向的光，且各個(gè)方向的光強(qiáng)度相等，所以旋轉(zhuǎn)偏振片P時(shí)各方向透射光強(qiáng)度相同，故A點(diǎn)光的強(qiáng)度不變；白熾燈光經(jīng)偏振片P后為偏振光，此時(shí)只有偏振片Q與P的偏振方向一致時(shí)偏振光才能完全透過Q，因此在旋轉(zhuǎn)P時(shí)B點(diǎn)的光強(qiáng)有變化，選項(xiàng)C正確．] 課 堂 小 結(jié) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.光的衍射及產(chǎn)生明顯衍射的條件． 2．用衍射知識(shí)對生活中的衍射現(xiàn)象進(jìn)行解釋． 3．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波． 4．偏振光和自然光的區(qū)別，運(yùn)用偏振知識(shí)，解釋生活中一些常見的光學(xué)現(xiàn)象. - 8 -