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1、3光的衍射與偏振4激光,第五章光的波動性,[學(xué)習(xí)目標],1.知道光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，了解幾種不同衍射現(xiàn)象的圖樣.2.能用衍射知識對生活中的現(xiàn)象進行解釋和分析.3.認識光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波.4.知道偏振光和自然光的區(qū)別，能用偏振知識來解釋生活中的一些常見光學(xué)現(xiàn)象.5.了解激光的特性及應(yīng)用.,內(nèi)容索引,,重點探究啟迪思維探究重點,達標檢測檢測評價達標過關(guān),自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、光的衍射1.光的衍射：光通過很小的狹縫(或圓孔)時，明顯地偏離了方向，在屏上散開到相當(dāng)大的范圍，這種現(xiàn)象叫做光的衍射.2.衍射圖像(1)定義：衍射時產(chǎn)生的條紋或光環(huán).(2)單縫衍射圖像的特點①單
2、色光：中央有一條的條紋，兩邊是對稱而的條紋，亮條紋的強度向兩邊.②白光：中央是一條條紋，兩邊是很快減弱的.3.光的衍射現(xiàn)象進一步證明了光具有性.,直線傳播,明暗,較寬較亮,明暗相間,很快減弱,白,彩色條紋,波動,二、光的偏振1.線偏振光：如果光振動的方向限在，這種光叫線偏振光.2.自然光：通常光源發(fā)出的光(包括太陽光)是由大量的、不同而互不相干的組成的，稱為自然光.3.光的偏振現(xiàn)象進一步證實光是波.,一個平面,振動方向,線偏振光,橫,三、激光激光的特點及應(yīng)用,1.判斷下列說法的正誤.(1)衍射條紋和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的.()(2)只有波長長的光才發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象.()(3
3、)橫波和縱波都能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象.()(4)自然光通過偏振片可以獲得偏振光.()(5)用激光做雙縫干涉實驗這是應(yīng)用了激光具有高度的相干性的特點.(),[即學(xué)即用],,,,√,答案,√,2.下列四幅圖片中屬于光的干涉的是__，屬于光的的衍射的是____.,答案,a,bd,重點探究,一、光的衍射,[導(dǎo)學(xué)探究](1)讓一束激光照射在游標卡尺兩個卡腳之間的縫上，逐漸減小兩個卡腳之間的距離，使縫越來越小，觀察照在屏幕上光斑現(xiàn)象的變化.縫寬大約多大時屏幕上出現(xiàn)條紋？縫間距變小時，條紋有什么變化？答案大約0.4mm時會出現(xiàn)條紋，當(dāng)縫間距變小時，屏幕上條紋間距逐漸變寬，但亮度逐漸減弱.(2)用針尖在一張厚紙上扎一
4、個很小的小孔，用眼睛通過小孔觀察太陽光，會觀察到什么現(xiàn)象？答案會觀察到中央為亮圓，周圍為彩色的圓環(huán).,答案,[知識深化]三種衍射圖樣的特點(1)單縫衍射①單色光通過狹縫時，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，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白色條紋.②波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大；單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大.,(2)圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)，如圖1所示.,圖1,(3)圓板衍射(泊松亮斑)①若在單色光(如激光)傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮
5、斑，這就是著名的泊松亮斑.衍射圖樣如圖2所示.②中央是亮斑，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).,圖2,解析紅光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是紅暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋，光照到不透明小圓盤上，在其陰影中心處出現(xiàn)亮點，是衍射現(xiàn)象，光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，D項屏中大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認為不存在衍射現(xiàn)象.,例1(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說法正確的是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白黑相間的直條紋C.光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射D.光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播
6、，不存在光的衍射,√,√,答案,解析,二、單縫衍射與雙縫干涉的比較,1.不同點,2.相同點(1)都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或減弱的結(jié)果.(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波.,(1)產(chǎn)生條件,,單縫衍射：只要狹縫足夠小雙縫干涉：頻率相同的兩列光波相遇疊加,(2)圖樣,,單縫衍射的圖樣是中央為最寬最亮的亮條紋，兩側(cè)亮條紋變暗變窄雙縫干涉的圖樣是亮度相同的等間距的條紋,A.紅黃藍紫B.紅紫藍黃C.藍紫紅黃D.藍黃紅紫,例2如圖3所示的四幅明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋).則
7、在下面的四幅圖中從左到右排列，亮條紋的顏色依次是,答案,解析,圖3,√,解析雙縫干涉條紋平行等距，且波長越長，條紋間距越大，而紅光波長比藍光波長長，故第一幅圖為紅光，第三幅圖為藍光；又由于黃光波長比紫光波長長，故第四幅圖為黃光的衍射圖樣，第二幅圖為紫光的衍射圖樣.,針對訓(xùn)練(多選)如圖4(a)所示是做雙縫干涉實驗的示意圖.先做操作1：用兩塊不同顏色的濾光片分別擋住雙縫屏上下兩半部分Ⅰ和Ⅱ；接著再做操作2：用不透明的擋板擋住b縫.若兩塊濾光片一塊是紅色，一塊是藍色，則,答案,解析,A.完成操作1后，光屏上出現(xiàn)的是圖(b)圖案，且甲是紅色條紋，乙是藍色條紋B.完成操作1后，光屏上出現(xiàn)的是圖(c)圖
8、案，且丙是藍色條紋，丁是紅色條紋C.完成操作2后，光屏上出現(xiàn)的是圖(b)圖案，且甲是藍色條紋，乙是紅色條紋D.完成操作2后，光屏上出現(xiàn)的是圖(c)圖案，且丙是紅色條紋，丁是藍色條紋,圖4,√,√,解析題圖(b)中的條紋為等間距明暗相間條紋，是干涉圖樣，再根據(jù)條紋寬度的有關(guān)因素分析即可.題圖(c)為中間最寬且不等間距明暗相間條紋，是衍射條紋，再根據(jù)條紋寬度的有關(guān)因素進行分析即可.操作1是雙縫干涉實驗，故條紋間距相等，光屏上出現(xiàn)題圖(b)圖案，由圖案知甲的波長大于乙的波長，故甲為紅色條紋，乙為藍色條紋，A正確；操作2是單縫衍射，條紋間距不相等，光屏上為題圖(c)圖案，再結(jié)合波長關(guān)系可知D正確.,三
9、、光的偏振,[導(dǎo)學(xué)探究]如圖5所示，取一個偏振片P，讓陽光通過偏振片P，在P的另一側(cè)觀察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一個偏振片Q，以光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)偏振片Q，會看到什么現(xiàn)象？這說明什么？,答案會看到在旋轉(zhuǎn)Q時光的亮度發(fā)生變化.偏振片的作用類似于狹縫的作用，只有振動方向與透振方向一致的光才能通過.當(dāng)偏振片Q與P的透振方向平行時，穿過Q的光最強；當(dāng)偏振片Q與P的透振方向垂直時，光不能透過Q.,答案,圖5,[知識深化]對偏振方向與透振方向的理解透振方向：偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫做“透振方向
10、”.①當(dāng)偏振光的偏振方向與偏振片的透振方向平行時，透射的光最強；當(dāng)偏振光的偏振方向與偏振片的透振方向垂直時，光不能穿過偏振片.②當(dāng)偏振光的偏振方向與偏振片的透振方向既不平行也不垂直時，則仍會有部分光透過偏振片，只是透過的光的強度介于平行和垂直兩種情況之間.,例3(多選)如圖6所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片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180后，在P處將看到光亮D.以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90后，在P處將看到光亮,√,√,答案,解析,圖6,解析自然光在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿各個方向的振動是均勻分布的，通過偏振片后，透
11、射光是只沿著某一特定方向振動的光.從電燈直接發(fā)出的光為自然光，故A錯；它通過偏振片A后，即變?yōu)槠窆?，故B對；設(shè)通過A的光沿豎直方向振動，而偏振片B只能通過沿水平方向振動的偏振光，則P點無光亮，以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180后，P處仍無光亮，故C錯；以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90后，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^豎直方向上振動的光的偏振片，則偏振光能通過B，即在P處有光亮，故D對.,四、激光的特點和應(yīng)用,[導(dǎo)學(xué)探究]激光作為一種人造光源在科研、通信、工業(yè)生產(chǎn)、軍事科技等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，如激光干涉儀、激光切割機、激光炮等，如圖7.激光的應(yīng)用如此廣泛，激光到底具有哪些特性？,答案1.強度大.2.方向性好.3.單色性
12、好.4.相干性好.5.覆蓋波段寬而且可調(diào)諧.,圖7,答案,例4關(guān)于激光的應(yīng)用問題，下列說法中正確的是A.光纖通信是應(yīng)用激光方向性非常好的特點對信號進行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中傳遞信息的B.計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用激光有相干性的特點C.醫(yī)學(xué)中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點D.“激光測距雷達”利用激光測量很遠目標的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點,√,答案,解析,解析由激光的特點及應(yīng)用可知光纖通信主要利用了激光的相干性好，A錯誤；計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的方向性好，B錯誤；醫(yī)療中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高、強度大的特點，C正確；激光
13、測距利用的是激光的方向性好的特點，D錯誤.,達標檢測,1,2,3,4,1.(光的衍射)讓燭光照射到一塊遮光板上，板上有一個可自由收縮的三角形孔，當(dāng)此三角形孔緩慢地由大收縮變小直到閉合時，則在孔后的屏上將先后出現(xiàn)的現(xiàn)象(遮住側(cè)面光)A.三角形光斑倒立的燭焰明暗相間的圓環(huán)B.三角形光斑圓形光斑倒立的燭焰C.倒立的燭焰圓形光斑明暗相間的圓環(huán)D.三角形光斑明暗相間的圓環(huán)倒立的燭焰,√,答案,解析,1,2,3,4,解析當(dāng)三角形孔較大時，屏上出現(xiàn)一個三角形光斑，如圖甲所示，隨著三角形緩慢地收縮，光斑逐漸變??；,當(dāng)三角形孔小到一定程度時，屏上會出現(xiàn)倒立的燭焰，如圖乙所示；繼續(xù)使三角形孔緩慢收縮，可以觀察到小
14、孔衍射圖樣；當(dāng)孔閉合時，屏上就會一片黑暗.,A.a、b是光的干涉圖樣B.c、d是光的干涉圖樣C.形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣的光的波長短D.形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣的光的波長短,1,2,3,4,2.(單縫衍射與雙縫干涉的比較)如圖8所示，a、b、c、d四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是,√,答案,解析,圖8,1,2,3,4,解析干涉條紋是等間距的條紋，因此a、b是干涉圖樣，c、d是衍射圖樣，故A項正確，B項錯誤；由公式Δx＝可知，條紋寬的入射光的波長長，所以a圖樣的光的波長比b圖樣的光的波長長，故C項錯誤；c圖樣的光的波長比d圖樣
15、的光的波長長，故D項錯誤.,A.到達O處的光的強度會明顯減弱B.到達O處的光的強度不會明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強度仍為最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強度仍為最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α,3.(光的偏振的應(yīng)用)(多選)鑒別奶粉的質(zhì)量，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量.偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測量值與標準值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了.如圖9所示，S是自然光
16、源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法中正確的是,答案,解析,√,√,√,圖9,1,2,3,4,1,2,3,4,解析自然光通過偏振片后得到振動方向與偏振片的透振方向平行的偏振光，該偏振光經(jīng)被測樣品后，其偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，即相對于光的傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α，到達B的光的偏振方向與B的透振方向不完全一致，故O處光的強度會明顯減弱，故A正確，B錯誤；若將A或B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強度仍為最大，說明它們轉(zhuǎn)過的角度等于α，故C、D都正確.,1,2,3,4,解析由于激光站與火箭相距較遠，為了減少能量損失，必須要求激光具有很好的方向性，同時利用激光的高能量特點.,4.(激光的應(yīng)用)(多選)激光火箭的體積小，卻可以裝載更大、更重的衛(wèi)星或飛船，激光由地面激光站或空間激光動力衛(wèi)星提供，通過一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入火箭發(fā)動機的燃燒室，使推進劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃氣流，以極高的速度噴出，產(chǎn)生巨大的推力，把衛(wèi)星或飛船送入太空.激光火箭利用了激光的A.單色性好B.方向性好C.高能量D.相干性好,答案,解析,√,√,
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