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1、3光的衍射與偏振 4激光第五章光的波動(dòng)性學(xué)習(xí)目標(biāo)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(shí)對(duì)生活中的現(xiàn)象進(jìn)行解釋和分析.3.認(rèn)識(shí)光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波.4.知道偏振光和自然光的區(qū)別，能用偏振知識(shí)來(lái)解釋生活中的一些常見(jiàn)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(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)自主預(yù)習(xí)一、光的衍射一、光的衍射1.光的衍射：光通過(guò)很小的狹縫(或圓孔)時(shí)，明顯地偏離了 方向，在屏上散開(kāi)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(shí)產(chǎn)生的 條紋或光環(huán).(2)單縫衍射圖像的特點(diǎn)單色
2、光：中央有一條 的條紋，兩邊是對(duì)稱(chēng)而 的條紋，亮條紋的強(qiáng)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(jìn)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(dòng)二、光的偏振二、光的偏振1.線偏振光：如果光振動(dòng)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(yáng)光)是由大量的、 不同而互不相干的 組成的，稱(chēng)為自然光.3.光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步證實(shí)光是 波.一個(gè)平面振動(dòng)方向線偏振光橫三、激光三、激光激光的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用強(qiáng)度大激光加工、激光醫(yī)學(xué)、激光檢測(cè)、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(diào)諧激光通信1.判斷下列說(shuō)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(zhǎng)長(zhǎng)的光才發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象.()(3)橫波和縱波都能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象.()(4)自然光通過(guò)偏振片可以獲得偏振光.()(5)用激光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)這是應(yīng)用了激光具有高度的相干性的特點(diǎn).()即學(xué)即用即學(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abd重點(diǎn)探究一、光的衍射導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究(1)讓一束激光照射在游標(biāo)卡尺兩個(gè)卡腳之間的縫上，逐漸減小兩個(gè)卡腳之間的距離，使縫越來(lái)越小，觀察照在屏幕上光斑現(xiàn)象的變化.縫寬大約多大時(shí)屏幕上出現(xiàn)條紋？縫間距變小時(shí)，條紋有什么變化？答案答案大約0.4 mm時(shí)會(huì)
4、出現(xiàn)條紋，當(dāng)縫間距變小時(shí)，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(gè)很小的小孔，用眼睛通過(guò)小孔觀察太陽(yáng)光，會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？答案答案會(huì)觀察到中央為亮圓，周?chē)鸀椴噬膱A環(huán).答案知識(shí)深化知識(shí)深化三種衍射圖樣的特點(diǎn)三種衍射圖樣的特點(diǎn)(1)單縫衍射單色光通過(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，中央為白色條紋.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.(2)圓孔衍射：光通過(guò)小孔(孔很小)時(shí)，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(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(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(pán)上，在其陰影中心處出現(xiàn)亮點(diǎn)，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(xiàng)屏中大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象.例例1(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說(shuō)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(pán)上出現(xiàn)泊松亮斑，說(shuō)明發(fā)生了衍射D.光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說(shuō)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(diǎn)不同點(diǎn)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(lán)紫 B.紅紫藍(lán)黃C.藍(lán)紫紅黃 D.藍(lán)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(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉
7、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(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(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋間距越大，而紅光波長(zhǎng)比藍(lán)光波長(zhǎng)長(zhǎng)，故第一幅圖為紅光，第三幅圖為藍(lán)光；又由于黃光波長(zhǎng)比紫光波長(zhǎng)長(zhǎng)，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(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練(多選)如圖4(a)所示是做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(lán)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(lán)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(lán)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(lán)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(lán)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(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(jìn)行分析即可.操作1是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，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(zhǎng)大于乙的波長(zhǎng)，故甲為紅色條紋，乙為藍(lán)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(jié)合波長(zhǎng)關(guān)系可知D正確.三、光的偏振導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖5所示，取一個(gè)偏振片P，讓陽(yáng)光通過(guò)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(gè)偏振片Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片Q，會(huì)看到什么現(xiàn)象？這說(shuō)明什么？ 答案答案會(huì)看到在旋轉(zhuǎn)Q時(shí)光的亮度發(fā)生變化.偏振片的作用類(lèi)似于狹縫的作用，只有振動(dòng)方向與透振方向一致的光才能通過(guò).當(dāng)偏振片Q與P的透振方向平行時(shí)，穿過(guò)Q的光最強(qiáng)；當(dāng)偏振片Q與P的透振方向垂直時(shí)，光不能透過(guò)Q. 答案圖5知識(shí)深化知識(shí)深化對(duì)偏振方向與透振方向的理解對(duì)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(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)的光波才能順利通過(guò)偏振片，這個(gè)方向叫做“透振方向”.當(dāng)偏振光的偏振方向與偏振片的透振方向平行時(shí)，透射的光最強(qiáng)；當(dāng)偏振光的偏振方向與偏振片的透振方向垂直時(shí)，光不能穿過(guò)偏振片.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(shí)，則仍會(huì)有部分光透過(guò)偏振片，只是透過(guò)的光的強(qiáng)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(jīng)過(guò)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(guò)180后，在P處將看到光亮D.以SP為軸將B轉(zhuǎn)過(guò)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(nèi)，沿各個(gè)方向的振動(dòng)是均勻分布的，通過(guò)偏振片后，透射光是只沿著某一特定方向振動(dòng)的光.從電燈直接發(fā)出的光為自然光，故A錯(cuò)；它通過(guò)偏振片A后，即變?yōu)槠窆猓蔅對(duì)；設(shè)通過(guò)A的光沿豎直方向振動(dòng)，而偏振片B只能通過(guò)沿水平方向振動(dòng)的偏振光，則P點(diǎn)無(wú)光亮，以SP為軸將B轉(zhuǎn)過(guò)180后，P處仍無(wú)光亮，故C錯(cuò)；以SP為軸將B轉(zhuǎn)過(guò)90后，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^(guò)豎直方向上振動(dòng)的光的偏振片，則偏振光能通過(guò)B，即在P處有光亮，故D對(duì).四、激光的特點(diǎn)和應(yīng)用導(dǎo)學(xué)探究導(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(jī)、激光炮等，如圖7.
12、激光的應(yīng)用如此廣泛，激光到底具有哪些特性？答案答案1.強(qiáng)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(diào)諧.圖7答案例例4關(guān)于激光的應(yīng)用問(wèn)題，下列說(shuō)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(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo) 纖維中傳遞信息的B.計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤(pán)上記錄的信息是應(yīng)用激光有相干性的特點(diǎn)C.醫(yī)學(xué)中用激光做“光刀”來(lái)切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)D.“激光測(cè)距雷達(dá)”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的 特點(diǎn) 答案解析解析解析由激光的特點(diǎn)及應(yīng)用可知光纖通信主要利用了激光的相干性好，A錯(cuò)誤；計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤(pán)上的信息主要應(yīng)用了激光的方向
13、性好，B錯(cuò)誤；醫(yī)療中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，C正確；激光測(cè)距利用的是激光的方向性好的特點(diǎn)，D錯(cuò)誤.達(dá)標(biāo)檢測(cè)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(gè)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(shí)，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1234解析解析當(dāng)三角形孔較大時(shí)，屏上出現(xiàn)一個(gè)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(shí)，屏上會(huì)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(dāng)孔閉合時(shí)，屏上就會(huì)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(zhǎng)比形成b圖樣的光的波長(zhǎng)短D.形成c圖樣的光的波長(zhǎng)比形成d圖樣的光的波長(zhǎng)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(gè)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(diǎn)可以得出的正確結(jié)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(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由公式x 可知，條紋寬的入射光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，所以a圖樣的光的波長(zhǎng)比
15、b圖樣的光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；c圖樣的光的波長(zhǎng)比d圖樣的光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤.A.到達(dá)O處的光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B.到達(dá)O處的光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光的 強(qiáng)度仍為最大，偏振片B轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于D.將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光的強(qiáng)度仍為最大，偏振片A轉(zhuǎn)過(guò)的角 度等于 3.(光的偏振的應(yīng)用光的偏振的應(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(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來(lái)測(cè)量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量.偏振光通過(guò)糖的水溶液后，偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這一角度稱(chēng)為“旋光度”，的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)
16、值相比較，就能確定被測(cè)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(zhuǎn)動(dòng)B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間，則下列說(shuō)法中正確的是答案解析圖912341234解析解析自然光通過(guò)偏振片后得到振動(dòng)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(cè)樣品后，其偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，即相對(duì)于光的傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，到達(dá)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(qiáng)度會(huì)明顯減弱，故A正確，B錯(cuò)誤；若將A或B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光的強(qiáng)度仍為最大，說(shuō)明它們轉(zhuǎn)過(guò)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(yuǎn)，為了減少能量損失，必須要求激光具有很好的方向性，同時(shí)利用激光的高能量特點(diǎn).4.(激光的應(yīng)用激光的應(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(dòng)力衛(wèi)星提供，通過(guò)一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，使推進(jìn)劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃?xì)饬?，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
物理 第五章 光的波動(dòng)性 3 光的衍射與偏振 4 激光 教科版選修3-4
