物理：第3、4節(jié)《光的衍射與偏振》《激光》課件（教科版選修3-4）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第3節(jié)光的衍射與偏振第4節(jié)激光 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 認(rèn)識(shí)光的衍射現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象 知道光波是一種橫波 2 知道光產(chǎn)生明顯衍射的條件及衍射圖樣與波長(zhǎng) 縫寬的定性關(guān)系 3 了解激光的特性及其應(yīng)用 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 光發(fā)生明顯衍射的條件 2 衍射條紋的特點(diǎn)及影響中央條紋寬度的因素 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 第3節(jié) 第4節(jié) 課前自主學(xué)案 一 光的衍射1 單縫衍射現(xiàn)象 1 當(dāng)單縫 時(shí) 光沿著直線(xiàn)方向通過(guò)單縫 在光屏上可以看到一條跟單縫 或圓孔 寬度相當(dāng)?shù)?2 把單縫調(diào)窄些 可以看到屏上亮線(xiàn)也隨之 較寬 亮線(xiàn) 減小 3 當(dāng)單縫調(diào)到很窄時(shí) 光通過(guò)單縫后就明顯地偏離了 方向 到達(dá)屏上以后 不再是一條很窄的亮線(xiàn)而是照到了相當(dāng)寬的地方 并且出現(xiàn)了 的條紋 再調(diào)小單縫 條紋也隨之變得清晰 細(xì)小 2 光的衍射按直線(xiàn)傳播應(yīng)該出現(xiàn) 的區(qū)域出現(xiàn)亮條紋或亮斑 應(yīng)該出現(xiàn) 的地方出現(xiàn)暗條紋或暗斑的現(xiàn)象 3 衍射圖像 衍射時(shí)產(chǎn)生的 或光環(huán) 直線(xiàn)傳播 明暗相間 陰影 亮區(qū) 明暗條紋 二 光的偏振1 光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有 光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是 2 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 只有沿這個(gè)方向振動(dòng)的光波才能通過(guò)偏振片 這個(gè)方向叫做 3 線(xiàn)偏振光 光的 限在一個(gè)平面內(nèi)的光 4 自然光 通常光源發(fā)出的光是由大量的 不同而互不相干的 光組成 5 光的偏振現(xiàn)象證明光是 波 波動(dòng)性 橫波 透振方向 振動(dòng)方向 振動(dòng)方向 線(xiàn)偏振 橫 三 激光的特性及其應(yīng)用1 激光的特性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 強(qiáng)度大 覆蓋波段寬而且可調(diào)諧 2 激光的應(yīng)用 根據(jù)激光的特性 在工農(nóng)科技及社會(huì)各方面有廣泛應(yīng)用 體現(xiàn)在以下幾方面 激光加工 激光檢測(cè) 激光醫(yī)學(xué) 激光照排光盤(pán) 方向性好 單色性好 相干性好 激光全息照相 激光通信 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)衍射現(xiàn)象及圖像特征的認(rèn)識(shí)1 衍射現(xiàn)象當(dāng)單色光通過(guò)很窄的縫或者很小的孔時(shí) 光離開(kāi)了直線(xiàn)路徑 繞到障礙物的陰影里 光所達(dá)到的范圍會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)它沿直線(xiàn)傳播所對(duì)應(yīng)照明的區(qū)域 形成明暗相間的條紋或光環(huán) 這就是光的衍射現(xiàn)象 2 產(chǎn)生明顯衍射的條件障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相近或比光的波長(zhǎng)還小時(shí) 能產(chǎn)生明顯的衍射 對(duì)同樣的障礙物 波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光 衍射現(xiàn)象越明顯 對(duì)某種波長(zhǎng)的光 障礙物越小 衍射現(xiàn)象越明顯 3 常見(jiàn)三種衍射圖像的比較 1 單縫衍射圖樣的特點(diǎn) 中央條紋亮而寬 兩側(cè)亮紋具有對(duì)稱(chēng)性 亮紋寬度逐漸變窄 亮度逐漸減弱 波長(zhǎng)一定時(shí) 單縫較窄的中央條紋較寬 各條紋間距較寬 單縫寬度不變時(shí) 光波波長(zhǎng)較長(zhǎng)的中央條紋較寬 各條紋間距較寬 白光的單縫衍射條紋是中央為白色亮紋 兩側(cè)為彩色條紋 且外側(cè)呈紅色 靠近白色亮紋的條紋內(nèi)側(cè)為紫色 2 圓孔衍射圖樣的特點(diǎn)圖5 3 1 中央是大且亮的圓形亮斑 周?chē)植贾靼迪嚅g的同心圓環(huán) 且越靠外 圓形亮條紋的亮度越弱 寬度越小 如圖5 3 1所示 用不同色光照射圓孔時(shí) 得到的衍射圖樣的大小和位置不同 波長(zhǎng)越長(zhǎng) 中央圓形亮斑的直徑越大 同一種單色光 圓孔越小 中央亮斑半徑越大 同時(shí)亮度越弱 白光的圓孔衍射圖樣中 中央是大且亮的白色光斑 周?chē)遣噬膱A環(huán) 3 障礙物的衍射特點(diǎn)各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射 致使影的輪廓模糊不清 若在單色光 如激光 傳播途中放一個(gè)較小的圓形障礙物 會(huì)發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個(gè)亮斑 這就是著名的泊松亮斑 形成泊松亮斑時(shí) 圓形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) 亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑的增大而減小 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 在一次觀察光衍射的實(shí)驗(yàn)中 觀察到如圖5 3 2所示的清晰的明暗相間的圖樣 那么障礙物應(yīng)是 黑線(xiàn)為暗線(xiàn) 圖5 3 2 A 很小的不透明的圓板B 很大的中間有大圓孔的不透明的圓板C 很大的不透明的圓板D 很大的中間有小圓孔的不透明的圓板解析 選D 圖樣為清晰的衍射圖樣 故B錯(cuò) 圖樣中心為亮斑 說(shuō)明障礙物為D 若為A 則中央有一個(gè)小亮點(diǎn) 亮點(diǎn)外為大暗環(huán) 若為C 則圖樣為大暗斑 只是邊緣稍模糊 二 對(duì)偏振光的理解1 自然光與偏振光的比較 2 獲得偏振光的方法 1 讓自然光通過(guò)一塊偏振片 起偏器 2 自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上 使反射光和折射光之間的夾角恰好是90 反射光和折射光都是偏振光 且偏振方向相互垂直 特別提醒 1 光的偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波 2 平時(shí)我們所看到的光 除直接從光源射來(lái)的以外 絕大部分是偏振光 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 關(guān)于自然光和偏振光 下列說(shuō)法正確的是 A 自然光能產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象 而偏振光卻不能B 只有自然光透過(guò)偏振片才能獲得偏振光C 自然光只能是白光 而偏振光不能是白光D 自然光和偏振光都能使感光底片感光解析 選D 自然光和偏振光都產(chǎn)生干涉和衍射 都能使感光底片感光 A錯(cuò) D對(duì) 光的偏振現(xiàn)象并不罕見(jiàn) 除了從光源直接發(fā)出的光以外 我們通?？吹降墓饨^大部分都是偏振光 B錯(cuò) 光的顏色由光的頻率決定 與光的偏振方向無(wú)關(guān) C錯(cuò) 課堂互動(dòng)講練 關(guān)于光的衍射現(xiàn)象 下列說(shuō)法正確的有 A 只有當(dāng)光的波長(zhǎng)等于障礙物或小孔的尺寸時(shí) 才會(huì)產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象B 當(dāng)光的波長(zhǎng)大于障礙物尺寸時(shí) 完全不產(chǎn)生衍射現(xiàn)象C 發(fā)生小孔衍射時(shí) 若減小小孔直徑 條紋變亮D 發(fā)生小孔衍射時(shí) 若略為增大小孔直徑 條紋變亮 精講精析 對(duì)A B選項(xiàng) 沒(méi)有很好地理解衍射的條件 光離開(kāi)直線(xiàn)傳播的路線(xiàn)進(jìn)入障礙物的幾何陰影里去的現(xiàn)象叫做光的衍射 任何障礙物都可以使光產(chǎn)生衍射 但當(dāng)障礙物或孔的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或小于光的波長(zhǎng)時(shí) 將產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象 現(xiàn)象明顯了 才容易被觀察到 所以衍射并不要求波長(zhǎng)與障礙物或孔的尺寸一定相等 對(duì)選項(xiàng)C 沒(méi)有正確理解產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象與衍射條紋亮度的關(guān)系 認(rèn)為衍射越明顯就是衍射條紋越亮 犯了想當(dāng)然的錯(cuò)誤 當(dāng)發(fā)生小孔衍射時(shí) 孔徑越小 衍射越明顯 屏上衍射圖樣分布的范圍越大 但由于通過(guò)孔的光的能量少 故而圖樣將變暗 答案 D 方法總結(jié) 光遇到任何障礙物時(shí)都產(chǎn)生衍射現(xiàn)象 只是明顯程度不同 衍射現(xiàn)象明顯與否 并不是指條紋是否明亮 小孔越小 衍射現(xiàn)象越明顯 但由于通過(guò)小孔的光的能量少 故而圖樣將變暗 兩個(gè)偏振片緊靠在一起 將它們放在一盞燈的前面以致沒(méi)有光通過(guò) 如果將其中的一片旋轉(zhuǎn)180 在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中 將會(huì)產(chǎn)生下述的哪一種現(xiàn)象 A 透過(guò)偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng) 然后又減小到零B 透過(guò)偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng) 然后減小到非零的最小值C 透過(guò)偏振片的光強(qiáng)在整個(gè)過(guò)程中都增強(qiáng)D 透過(guò)偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng) 再減弱 然后又增強(qiáng) 精講精析 起偏器和檢偏器的偏振方向垂直時(shí) 沒(méi)有光通過(guò) 偏振方向互相平行時(shí) 光強(qiáng)度最大 當(dāng)一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)180 的過(guò)程中 兩偏振片的偏振方向會(huì)由垂直到平行再到垂直 所以透過(guò)的光強(qiáng)先增強(qiáng) 又減小到零 答案 A 方法總結(jié) 1 偏振片是由特殊材料制成的 其 狹縫 用肉眼不能看見(jiàn) 它只允許振動(dòng)方向與 狹縫 平行的光波通過(guò) 通常把偏振光能完全通過(guò)的方向叫這個(gè)偏振片的偏振方向 2 自然光與偏振光的區(qū)別一個(gè)是自然光在各方向上振動(dòng)強(qiáng)度相同 而偏振光只在特定方向上振動(dòng) 再就是必須知道反射光 折射光都是偏振光 如圖5 3 3所示為玻璃厚度檢測(cè)儀的原理簡(jiǎn)圖 其原理是 固定一束激光AO以不變的入射角i照到MN表面 折射后從PQ表面射出 折射光線(xiàn)最后照到光電管C上 光電管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào) 依據(jù)激光束在C上移動(dòng)的距離 可以確定玻璃厚度的變化 圖5 3 3 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全