物理 第五章 光的波動(dòng)性 第3、4講 光的衍射與偏振 激光 教科版選修34

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1、第第3講光的衍射與偏振講光的衍射與偏振第第4講激光講激光目標(biāo)定位目標(biāo)定位1.知道光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，了解幾種不知道光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，了解幾種不同衍射現(xiàn)象的圖樣同衍射現(xiàn)象的圖樣.2.能用衍射知識(shí)對(duì)生活中的現(xiàn)象進(jìn)行解釋和能用衍射知識(shí)對(duì)生活中的現(xiàn)象進(jìn)行解釋和分析分析.3.認(rèn)識(shí)光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波認(rèn)識(shí)光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波.4.知道偏振光和自然知道偏振光和自然光的區(qū)別，能用偏振知識(shí)來(lái)解釋生活中的一些常見光學(xué)現(xiàn)象光的區(qū)別，能用偏振知識(shí)來(lái)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)用了解激光的特性及應(yīng)用一、光的衍射一、光的衍射1概念：概念：光通過(guò)很小的狹縫光通過(guò)很小的狹縫(

2、或圓孔或圓孔)時(shí)，明顯地偏離了時(shí)，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)象叫做光的衍射叫做光的衍射2衍射圖像衍射圖像(1)定義：衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗條紋或定義：衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗條紋或_直線傳播直線傳播 光環(huán)光環(huán) (2)特點(diǎn)：特點(diǎn)：?jiǎn)紊猓褐醒胗幸粭l單色光：中央有一條_的條紋，兩邊是對(duì)稱而的條紋，兩邊是對(duì)稱而_的條紋，亮條紋的強(qiáng)度向兩邊的條紋，亮條紋的強(qiáng)度向兩邊_白光：中央是一條白光：中央是一條_條紋，兩邊是很快減弱的條紋，兩邊是很快減弱的_3光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步證明了光具有光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步證明了光具有_性性較寬較亮較寬較亮 明暗相間明暗相間 很

3、快減弱很快減弱 白白彩色條紋彩色條紋 波動(dòng)波動(dòng) 二、光的偏振二、光的偏振1線偏振光：線偏振光：如果光振動(dòng)的方向限在如果光振動(dòng)的方向限在_，這種光叫，這種光叫線偏振光線偏振光2自然光：自然光：通常光源發(fā)出的光通常光源發(fā)出的光(包括太陽(yáng)光包括太陽(yáng)光)是由大量的、是由大量的、_不同而互不相干的不同而互不相干的_組成的，稱為自組成的，稱為自然光然光3光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步證實(shí)光是光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步證實(shí)光是_波波一個(gè)平面一個(gè)平面 振動(dòng)方向振動(dòng)方向 線偏振光線偏振光 橫橫三、激光三、激光1激光的特殊性質(zhì)：激光的特殊性質(zhì)：_、_、單色性好、單色性好、_、覆蓋波段寬而且可調(diào)諧、覆蓋波段寬而且可調(diào)諧2激光具有廣泛的

4、應(yīng)用：如激光激光具有廣泛的應(yīng)用：如激光_、激光全息照相、激、激光全息照相、激光光_、激光、激光_、激光、激光_、激光照排、光盤等、激光照排、光盤等.強(qiáng)度大強(qiáng)度大 方向性好方向性好 相干性好相干性好 加工加工 檢測(cè)檢測(cè) 通信通信 醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué) 1光產(chǎn)生明顯衍射的條件光產(chǎn)生明顯衍射的條件障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比，甚至比光的波障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比，甚至比光的波長(zhǎng)小長(zhǎng)小2衍射圖樣的特點(diǎn)衍射圖樣的特點(diǎn)(1)單縫衍射：?jiǎn)慰p衍射：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)狹縫時(shí)，在屏幕上出現(xiàn)明暗相單色光通過(guò)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，兩側(cè)的亮間的條紋，中央為亮條紋中央條紋最寬最

5、亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過(guò)狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)彩色條條紋逐漸變暗變窄；白光通過(guò)狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白條紋紋，中央為白條紋一、對(duì)光的衍射的理解一、對(duì)光的衍射的理解波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大；單縫不波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大；單縫不變時(shí)，光波波長(zhǎng)大的中央條紋寬，條紋間距大變時(shí)，光波波長(zhǎng)大的中央條紋寬，條紋間距大(2)圓孔衍射：光通過(guò)小孔圓孔衍射：光通過(guò)小孔(孔很小孔很小)時(shí)，在光屏上出現(xiàn)明暗相間時(shí)，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)，如圖的圓環(huán)，如圖1所示所示(3)圓板衍射圓板衍射(泊松亮斑泊松亮斑)若在單色光若在單色光(如激光如激光)傳播途中放

6、一個(gè)較小的圓形障礙物，會(huì)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，衍射圖發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的泊松亮斑，衍射圖樣如圖樣如圖2所示所示中央是亮斑，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)間距的明暗相間的圓環(huán)【例【例1】(多選多選)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)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，衍射條紋間距變窄使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，

7、衍射條紋間距變寬換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射，衍射條紋間距變寬D增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬解析解析當(dāng)單縫寬度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯，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)，條紋間距也越大，即光偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)，條紋間距也越大，A、C正正確；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明確；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，顯，條紋間距越大，B錯(cuò)誤；光的波長(zhǎng)一定、單縫寬度也錯(cuò)誤；光的波長(zhǎng)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，一定時(shí)，增大單縫到屏的距離，衍射條

8、紋間距也會(huì)變寬，D正確正確答案答案ACD1不同點(diǎn)不同點(diǎn)二、單縫衍射與雙縫干涉的比較二、單縫衍射與雙縫干涉的比較2相同點(diǎn)相同點(diǎn)(1)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)果的結(jié)果(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波【例【例2】如圖所示的如圖所示的4種明暗相間的條紋，是紅光、藍(lán)光各自種明暗相間的條紋，是紅光、藍(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣各自通過(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮黑色部分表

9、示亮紋紋)則在下面的四個(gè)圖中，哪個(gè)圖是藍(lán)光形成的干涉圖樣則在下面的四個(gè)圖中，哪個(gè)圖是藍(lán)光形成的干涉圖樣()解析解析雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距；波長(zhǎng)越短，條紋間距越小，故相同且等間距；波長(zhǎng)越短，條紋間距越小，故A是藍(lán)光的干涉是藍(lán)光的干涉圖樣，圖樣，C是紅光的干涉圖樣；單縫衍射條紋是中間亮且寬，越是紅光的干涉圖樣；單縫衍射條紋是中間亮且寬，越向兩側(cè)寬度越小越暗；波長(zhǎng)越長(zhǎng)，中央亮條紋越寬，故向兩側(cè)寬度越小越暗；波長(zhǎng)越長(zhǎng)，中央亮條紋越寬，故B、D是衍射圖樣；因紫光比黃光波長(zhǎng)短，所以是衍射圖樣；因紫光比黃光波長(zhǎng)短，所以B是

10、紫光的衍射圖是紫光的衍射圖樣，樣，D是黃光的衍射圖樣選項(xiàng)是黃光的衍射圖樣選項(xiàng)A正確正確答案答案A1偏振片上的偏振片上的“狹縫狹縫”表示透振方向，而不是刻上的真實(shí)狹表示透振方向，而不是刻上的真實(shí)狹縫縫2只要光的振動(dòng)方向不與透振方向垂直，都可以不同程度地只要光的振動(dòng)方向不與透振方向垂直，都可以不同程度地通過(guò)偏振片，不過(guò)強(qiáng)度要比振動(dòng)方向與透振方向平行的光通過(guò)偏振片，不過(guò)強(qiáng)度要比振動(dòng)方向與透振方向平行的光弱一些弱一些三、對(duì)光的偏振的理解三、對(duì)光的偏振的理解3自然光和偏振光自然光和偏振光自然光自然光偏振光偏振光光的來(lái)光的來(lái)源源直接從光源發(fā)出的光直接從光源發(fā)出的光自然光通過(guò)起偏器后的光自然光通過(guò)起偏器后的

11、光光的振光的振動(dòng)方向動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿所的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿所有方向，且沿各個(gè)方向有方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光強(qiáng)度都相同振動(dòng)的光強(qiáng)度都相同在垂直于光的傳播方向的在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿某一特平面內(nèi)，光振動(dòng)沿某一特定方向定方向(與起偏器透振方向與起偏器透振方向一致一致)舉例舉例太陽(yáng)、電燈、蠟燭火焰太陽(yáng)、電燈、蠟燭火焰等直接發(fā)出的光等直接發(fā)出的光自然光在介質(zhì)表面反射和自然光在介質(zhì)表面反射和折射形成的光折射形成的光4.偏振現(xiàn)象的應(yīng)用舉例偏振現(xiàn)象的應(yīng)用舉例(1)在攝影中的應(yīng)用：在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，可以在攝影中的應(yīng)用：在鏡頭前安裝一片偏振

12、濾光片，可以阻擋反射光進(jìn)入鏡頭阻擋反射光進(jìn)入鏡頭(2)電子表的液晶顯示屏：在兩塊透振方向垂直的偏振片當(dāng)電子表的液晶顯示屏：在兩塊透振方向垂直的偏振片當(dāng)中插進(jìn)一個(gè)液晶盒，可以控制光線顯示數(shù)字中插進(jìn)一個(gè)液晶盒，可以控制光線顯示數(shù)字(3)夜晚行車時(shí)，車燈眩光的消除用的就是光的偏振原理夜晚行車時(shí)，車燈眩光的消除用的就是光的偏振原理(4)立體電影也利用了光的偏振原理立體電影也利用了光的偏振原理【例【例3】如圖如圖3所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和和Q，A點(diǎn)位于點(diǎn)位于P、Q之間，之間，B點(diǎn)位于點(diǎn)位于Q右側(cè)旋轉(zhuǎn)偏振片右側(cè)旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是兩

13、點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是()AA、B均不變均不變BA、B均有變化均有變化CA不變，不變，B有變化有變化DA有變化，有變化，B不變不變解析解析白熾燈光包含各方向的光，且各個(gè)方向的光強(qiáng)度相等，白熾燈光包含各方向的光，且各個(gè)方向的光強(qiáng)度相等，所以旋轉(zhuǎn)偏振片所以旋轉(zhuǎn)偏振片P時(shí)各方向透射光強(qiáng)度相同，故時(shí)各方向透射光強(qiáng)度相同，故A點(diǎn)光的強(qiáng)度點(diǎn)光的強(qiáng)度不變；白熾燈光經(jīng)偏振片不變；白熾燈光經(jīng)偏振片P后為偏振光，當(dāng)后為偏振光，當(dāng)P旋轉(zhuǎn)時(shí)，透過(guò)旋轉(zhuǎn)時(shí)，透過(guò)Q的的光的強(qiáng)度發(fā)生變化，因此光的強(qiáng)度發(fā)生變化，因此B點(diǎn)的光強(qiáng)有變化，選項(xiàng)點(diǎn)的光強(qiáng)有變化，選項(xiàng)C正確正確答案答案C1激光加工、激光醫(yī)學(xué)激光加工、激光醫(yī)學(xué)(強(qiáng)度大、能量

14、高度集中強(qiáng)度大、能量高度集中)2激光雷達(dá)測(cè)距、測(cè)速、光盤激光雷達(dá)測(cè)距、測(cè)速、光盤(方向性好，結(jié)合多普勒效方向性好，結(jié)合多普勒效應(yīng)應(yīng))3激光全息照相、激光檢測(cè)激光全息照相、激光檢測(cè)(相干性好相干性好)4激光通信激光通信(覆蓋波段寬而且可調(diào)諧覆蓋波段寬而且可調(diào)諧)四、激光的應(yīng)用四、激光的應(yīng)用【例【例4】(多選多選)下列說(shuō)法正確的是下列說(shuō)法正確的是()A激光可用于測(cè)距激光可用于測(cè)距B激光能量十分集中，只可用于加工金屬材料激光能量十分集中，只可用于加工金屬材料C外科研制的外科研制的“激光刀激光刀”可以有效地減少細(xì)菌的感染可以有效地減少細(xì)菌的感染D激光可用于全息照相，有獨(dú)特的特點(diǎn)激光可用于全息照相，有獨(dú)

15、特的特點(diǎn)解析解析激光平行度好，即使在傳播了很遠(yuǎn)的距離之后，它仍保激光平行度好，即使在傳播了很遠(yuǎn)的距離之后，它仍保持一定的強(qiáng)度，此特點(diǎn)可用于激光測(cè)距，選項(xiàng)持一定的強(qiáng)度，此特點(diǎn)可用于激光測(cè)距，選項(xiàng)A正確；激光的正確；激光的亮度高，能量十分集中，可用于金屬加工、激光醫(yī)療、激光美亮度高，能量十分集中，可用于金屬加工、激光醫(yī)療、激光美容、激光武器等，選項(xiàng)容、激光武器等，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；激光具有很高的相干性，可用錯(cuò)誤；激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它記錄了光的相位信息，所以看起來(lái)跟真的于全息照相，由于它記錄了光的相位信息，所以看起來(lái)跟真的一樣，立體感較強(qiáng)，選項(xiàng)一樣，立體感較強(qiáng)，選項(xiàng)D正確；由于激光亮度高、能量大，正確；由于激光亮度高、能量大，在切割皮膚的同時(shí)，也能殺滅細(xì)菌，所以選項(xiàng)在切割皮膚的同時(shí)，也能殺滅細(xì)菌，所以選項(xiàng)C正確正確答案答案ACD