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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習目標1.知道光產生明顯衍射現(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現(xiàn)象.5.了解激光的特性及應用.內容索引重點探究啟迪思維 探究重點達標檢測檢測評價 達標過關自主預習預習新知 夯實基礎自主預習一、光的衍射一、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：衍射時產生的 條紋或光環(huán).(2)單縫衍射圖像的特點單色
2、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 .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、激光三、激光激光的特點及應用特點應用強度大激光加工、激光醫(yī)學、激光檢測、激光照排方向性好單色性好激光全息照相相干性好覆蓋波段寬且可調諧激光通信1.判斷下列說法
3、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)橫波和縱波都能產生偏振現(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用了激光具有高度的相干性的特點.()即學即用即學即用答案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abd重點探究一、光的衍射導學探究導學探究(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？答案答案大約0.4 mm時會
4、出現(xiàn)條紋，當縫間距變小時，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).答案知識深化知識深化三種衍射圖樣的特點三種衍射圖樣的特點(1)單縫衍射單色光通過狹縫時，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.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.
5、圖1(3)圓板衍射(泊松亮斑)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斑，這就是著名的泊松亮斑.衍射圖樣如圖2所示.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解析解析紅光照到狹縫上產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.例例1(多選)關于光的衍射現(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
6、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，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.不同點不同點2.相同點相同點(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果.(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波.(1)產生條件單縫衍射：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
7、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.針對訓練針對訓練(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和；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
8、)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，再根據條紋寬度的有關因素分析即可.題圖(c)為中間最寬且不等間距明暗相間條紋，是衍射條紋，再根據條紋寬度的有關因素進行分析即可.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，
9、條紋間距不相等，光屏上為題圖(c)圖案，再結合波長關系可知D正確.三、光的偏振導學探究導學探究如圖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偏振片Q，會看到什么現(xiàn)象？這說明什么？ 答案答案會看到在旋轉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.當偏振片Q與P的透振方向平行時，穿過Q的光最強；當偏振片Q與P的透振方向垂直時，光不能透過Q. 答案圖5知識深化知識深化對偏振方向與透振方向的理解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
10、，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”.當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.當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.例例3(多選)如圖6所示，電燈S發(fā)出的光先后經過偏振片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轉過180后，在P處將看到光亮D.以SP為軸將B轉過90后，在P處將看到光亮答案解析圖6解
11、析解析自然光在垂直于傳播方向的平面內，沿各個方向的振動是均勻分布的，通過偏振片后，透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轉過180后，P處仍無光亮，故C錯；以SP為軸將B轉過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、激光的特點和應用導學探究導學探究激光作為一種人造光源在科研、通信、工業(yè)生產、軍事科技等領域都有著廣泛應用，如激光干涉儀、激光切割機、激光炮等，如圖7.
12、激光的應用如此廣泛，激光到底具有哪些特性？答案答案1.強度大.2.方向性好.3.單色性好.4.相干性好.5.覆蓋波段寬而且可調諧.圖7答案例例4關于激光的應用問題，下列說法中正確的是A.光纖通信是應用激光方向性非常好的特點對信號進行調制，使其在光導 纖維中傳遞信息的B.計算機內的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應用激光有相干性的特點C.醫(yī)學中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應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用了激光亮度高的 特點 答案解析解析解析由激光的特點及應用可知光纖通信主要利用了激光的相干性好，A錯誤；計算機內的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應用了激光的方向
13、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；激光測距利用的是激光的方向性好的特點，D錯誤.達標檢測12341.(光的衍射光的衍射)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1234解析解析當三角形孔較大時，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?。划斎切慰仔〉揭欢ǔ潭葧r，屏上會出
14、現(xiàn)倒立的燭焰，如圖乙所示；繼續(xù)使三角形孔緩慢收縮，可以觀察到小孔衍射圖樣；當孔閉合時，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12342.(單縫衍射與雙縫干涉的比較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論是答案解析圖81234解析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x 可知，條紋寬的入射光的波長長，所以a圖樣的光的波長比
15、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轉動一個角度，使得O處光的 強度仍為最大，偏振片B轉過的角度等于D.將偏振片A轉動一個角度，使得O處光的強度仍為最大，偏振片A轉過的角 度等于 3.(光的偏振的應用光的偏振的應用)(多選)鑒別奶粉的質量，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一個角度，這一角度稱為“旋光度”，的值只與糖溶液的濃度有關，將的測量值與標準
16、值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了.如圖9所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉動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912341234解析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，該偏振光經被測樣品后，其偏振方向發(fā)生了偏轉，即相對于光的傳播方向向左或向右旋轉一個角度，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轉動一個角度，使得O處光的強度仍為最大，說明它們轉過的角度等于，故C、D都正確.1234解析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.(激光的應用激光的應用)(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
物理 第五章 光的波動性 3 光的衍射與偏振 4 激光 教科版選修3-4
