高中物理 第13章 光 56 光的衍射 光的偏振課件 新人教版選修34

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1、5光的衍射光的衍射6光的偏振光的偏振填一填練一練1.光的衍射(見(jiàn)課本第59頁(yè))(1)衍射現(xiàn)象:光通過(guò)很窄的縫和很小的孔時(shí),光沒(méi)有沿直線傳播,它繞過(guò)了縫或孔的邊緣,傳播到了障礙物后面的地方。(2)衍射條紋的特點(diǎn):一些明暗相間的條紋,中央條紋最寬、最亮,離中央條紋越遠(yuǎn),亮條紋的寬度越窄,亮度越小。(3)發(fā)生明顯衍射的條件:障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比,甚至比光的波長(zhǎng)還小。2.衍射光柵(見(jiàn)課本第61頁(yè))(1)結(jié)構(gòu):由許多等寬的狹縫等距離排列形成的光學(xué)元件。(2)衍射圖樣的特點(diǎn):與單縫衍射相比,衍射條紋的寬度變窄,亮度增加。填一填練一練3.偏振現(xiàn)象(見(jiàn)課本第63頁(yè))(1)自然光:由太陽(yáng)、電燈等普

2、通光源發(fā)出的光,它包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光,而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。(2)偏振光:自然光垂直透過(guò)某一偏振片后,在垂直于傳播方向的平面上,沿著某一特定方向振動(dòng)的光。自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面的反射光和折射光都是偏振光,入射角變化時(shí)偏振的程度也有所變化。(3)只有橫波才有偏振現(xiàn)象。填一填練一練4.偏振現(xiàn)象的應(yīng)用(見(jiàn)課本第65頁(yè))(1)攝影中應(yīng)用偏振光:為了消除反射光的影響,在鏡頭前安裝一片偏振濾光片,讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直,減弱了反射光進(jìn)入鏡頭。(2)電子表的液晶顯示屏:在兩塊透振方向互相垂直的偏振片當(dāng)中插進(jìn)一個(gè)液晶盒,液晶具有各向異性的屬性,

3、特別是當(dāng)偏振光經(jīng)過(guò)液晶時(shí),其振動(dòng)方向會(huì)旋轉(zhuǎn)90,利用這種特性控制光通過(guò)或不通過(guò),從而顯示數(shù)字的形狀。填一填練一練由下列哪些現(xiàn)象可以說(shuō)明光是橫波()A.光的干涉和衍射現(xiàn)象B.光的折射現(xiàn)象C.光的全反射現(xiàn)象D.光的偏振現(xiàn)象解析:根據(jù)光能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象,說(shuō)明光是一種波,具有波動(dòng)性;光的折射現(xiàn)象僅反映了光通過(guò)兩種介質(zhì)的界面時(shí)的一種傳播現(xiàn)象,不能說(shuō)明光是橫波;根據(jù)光的全反射現(xiàn)象,說(shuō)明光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)和由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)會(huì)有不同的現(xiàn)象;光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明振動(dòng)方向與光的傳播方向垂直,即說(shuō)明光是橫波,所以正確選項(xiàng)為D。答案:D探究一探究二探究三探究探究一三種衍射圖樣的比較三種衍射圖樣的比較問(wèn)題導(dǎo)

4、引問(wèn)題導(dǎo)引一單色光源發(fā)出的光經(jīng)一狹縫照射到光屏上,可觀察到的圖像是下圖中的哪一個(gè)?為什么?探究一探究二探究三名師精講名師精講1.單縫衍射圖樣的特點(diǎn)(1)中央條紋最亮、越向兩邊越暗,條紋間距不等。中央條紋最寬,越靠外,條紋間距越窄。(2)縫變窄,通過(guò)的光變少,而光分布的范圍更寬,所以亮條紋的亮度降低。(3)中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長(zhǎng)及單縫寬度有關(guān)。入射光波長(zhǎng)越長(zhǎng),單縫越窄,中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。(4)用白光做單縫衍射時(shí),中央亮條紋是白色的,兩邊是彩色條紋,中央亮條紋仍然最寬最亮。探究一探究二探究三2.圓孔衍射(1)圓孔衍射如圖所示,當(dāng)擋板AB上的圓孔較大時(shí),光屏上出現(xiàn)圖

5、甲所示的情形,無(wú)明顯的衍射現(xiàn)象發(fā)生;當(dāng)擋板AB上的圓孔很小時(shí),光屏上出現(xiàn)圖乙所示的衍射圖樣,出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)。探究一探究二探究三(2)圓孔衍射的圖樣特征單色光的圓孔衍射圖樣:中央亮圓的亮度大,外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)。越向外,圓(亮)環(huán)亮度越低。白光的圓孔衍射圖樣:中央亮圓為白色,周圍是彩色圓環(huán)。探究一探究二探究三3.圓板衍射(1)各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射,致使影的輪廓的邊緣模糊不清,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,如圖丙所示。(2)形成泊松亮斑時(shí),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

6、環(huán)。丙 探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題1】 對(duì)于單縫衍射現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是()A.縫的寬度d越小,衍射條紋越亮B.縫的寬度d越小,衍射現(xiàn)象越明顯C.縫的寬度d越小,光的傳播路線越接近直線D.入射光的波長(zhǎng)越短,衍射現(xiàn)象越明顯解析:單縫寬度越小,衍射條紋的亮度越小,選項(xiàng)A錯(cuò);入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),單縫寬度越小,衍射現(xiàn)象越明顯,選項(xiàng)B對(duì),選項(xiàng)C、D錯(cuò)。答案:B探究一探究二探究三變式訓(xùn)練1導(dǎo)學(xué)號(hào)38190096用單色光分別通過(guò)小圓盤與小圓孔做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí),在光屏上得到衍射圖樣,它們的特點(diǎn)是()A.用前者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是暗的,用后者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是亮的B.用前者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央是亮的,用后者做實(shí)驗(yàn)時(shí)中央

7、是暗的C.中央均為亮點(diǎn)的同心圓形條紋D.中央均為暗點(diǎn)的同心圓形條紋解析:前者為障礙物小圓盤的衍射,障礙物后的陰影中央是一個(gè)亮斑,這就是著名的泊松亮斑,是光繞過(guò)盤的邊緣后在中央疊加后形成的,在亮斑的周圍有一個(gè)大的影區(qū),在影區(qū)的邊沿有明暗相間的圓環(huán)。圓孔衍射形成的圖樣是明暗相間的同心圓環(huán),中央是明亮的。答案:C探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究探究二單縫衍射和雙縫干涉的比較單縫衍射和雙縫干涉的比較問(wèn)題導(dǎo)引問(wèn)題導(dǎo)引在光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)中均可觀察到明、暗相間的條紋,下列四幅圖樣中哪幅為雙縫干涉圖樣,哪幅為單縫衍射圖樣?探究一探究二探究三名師精講名師精講單縫衍射與雙縫干涉的比較探究一探究二探究三探

8、究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題2】 關(guān)于光的干涉和衍射現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是()A.光的干涉現(xiàn)象遵循波的疊加原理,衍射現(xiàn)象不遵循波的疊加原理B.光的干涉條紋是彩色的,衍射條紋是黑白相間的C.光的干涉現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性,光的衍射現(xiàn)象不能說(shuō)明這一點(diǎn)D.光的干涉和衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結(jié)果解析:光的干涉現(xiàn)象和光的衍射現(xiàn)象都是波特有的現(xiàn)象,都是光波疊加的結(jié)果,白光的干涉條紋是彩色的,白光的衍射條紋也是彩色的,只是條紋間距特點(diǎn)及亮度特點(diǎn)不同而已。答案:D探究一探究二探究三變式訓(xùn)練2導(dǎo)學(xué)號(hào)38190097用激光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)和雙縫干涉實(shí)驗(yàn),比普通光源效果更好,圖像更清晰。如果將感光元件置于光屏上

9、,則不僅能在光屏上看到彩色條紋,還能通過(guò)感光元件中的信號(hào)轉(zhuǎn)換,在電腦上看到光強(qiáng)的分布情況。下列說(shuō)法正確的是()A.當(dāng)做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí),光強(qiáng)分布圖如乙所示B.當(dāng)做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí),光強(qiáng)分布圖如丙所示C.當(dāng)做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí),光強(qiáng)分布圖如乙所示D.當(dāng)做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí),光強(qiáng)分布圖如丙所示探究一探究二探究三解析:當(dāng)做單縫實(shí)驗(yàn)時(shí),中間是亮條紋,往兩側(cè)條紋亮度逐漸降低,且亮條紋的寬度不等,所以其光強(qiáng)分布如題圖乙所示,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)做雙縫實(shí)驗(yàn)時(shí),在屏上呈現(xiàn)的是寬度相等的亮條紋,所以其光強(qiáng)分布如題圖丙所示,C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。答案:AD探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究探究三自然光和偏振光的比較自然光和偏振光的比較

10、問(wèn)題導(dǎo)引問(wèn)題導(dǎo)引在觀看立體電影時(shí),觀眾要戴上特制的眼鏡,這副眼鏡就是一對(duì)透振方向相互垂直的偏振片。如果不戴這副眼鏡,銀幕上的圖像就模糊不清了。這是為什么?探究一探究二探究三名師精講名師精講1.振動(dòng)方向比較自然光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),沿所有方向振動(dòng);偏振光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),沿某一特定的方向振動(dòng)。2.經(jīng)過(guò)偏振片時(shí)現(xiàn)象比較如圖甲,自然光通過(guò)偏振片后變成偏振光,后面的屏是明亮的,轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí),偏振光的振動(dòng)方向隨之變化,但屏上亮度不變。甲 探究一探究二探究三如圖乙、丙,偏振光經(jīng)過(guò)偏振片時(shí),若光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向平行,屏是亮的;若光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向垂直,屏是暗的;

11、若既不平行也不垂直,屏的亮度介于兩者之間,隨著振動(dòng)方向與透振方向的夾角變大,亮度逐漸變暗。乙 丙 探究一探究二探究三3.自然光、偏振光產(chǎn)生方式的比較太陽(yáng)、電燈等直接發(fā)出的光是自然光;自然光經(jīng)偏振片后都是偏振光,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。探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題3】 如圖所示,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處將看到光亮探究一

12、探究二探究三解析:自然光沿各個(gè)方向振動(dòng)是均勻分布的,通過(guò)偏振片后,透射光是只有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,則選項(xiàng)A錯(cuò)誤;它通過(guò)偏振片A后,即變?yōu)槠窆?則選項(xiàng)B正確;設(shè)通過(guò)A的光沿豎直方向振動(dòng),則偏振片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,將B轉(zhuǎn)過(guò)180后,在P處看不到光亮,即選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若將B轉(zhuǎn)過(guò)90,則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^(guò)豎直方向振動(dòng)的光的偏振片,則偏振光能通過(guò)B,即在P處可看到光亮,選項(xiàng)D正確。答案:BD探究一探究二探究三變式訓(xùn)練3導(dǎo)學(xué)號(hào)38190098如圖所示,白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q,A點(diǎn)位于P、Q之間,B點(diǎn)位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P,A

13、、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是 ()A.A、B均不變B.A、B均有變化C.A不變,B有變化D.A有變化,B不變解析:白熾燈光是自然光,包含各個(gè)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P時(shí)各方向透射光強(qiáng)度相同,故A點(diǎn)光的強(qiáng)度不變;白熾燈光經(jīng)偏振片P后為偏振光,此時(shí)只有偏振片Q與P的偏振方向一致時(shí)偏振光才能完全透過(guò)Q,因此在旋轉(zhuǎn)P時(shí)B點(diǎn)的光強(qiáng)有變化,選項(xiàng)C正確。答案:C探究一探究二探究三1 2 3 4 51.觀察單縫衍射現(xiàn)象時(shí),把縫寬由0.2 mm逐漸增大到0.8 mm,看到的現(xiàn)象是()A.衍射條紋的間距逐漸變小,衍射現(xiàn)象逐漸不明顯B.衍射條紋的間距逐漸變大,衍射現(xiàn)象越來(lái)越明顯C.衍射條紋的間

14、距不變,只是亮度增強(qiáng)D.以上現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生解析:觀察衍射圖樣發(fā)現(xiàn):狹縫的寬度逐漸變小,衍射現(xiàn)象越來(lái)越明顯,衍射條紋間距變大。本題是縫寬增大,所以選項(xiàng)A正確。答案:A1 2 3 4 52.關(guān)于自然光和偏振光,以下說(shuō)法正確的是()A.自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光,但是沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度可以不同B.偏振光是垂直于傳播方向上,只沿著某一特定方向振動(dòng)的光C.自然光透過(guò)兩個(gè)偏振片后可還原為自然光D.太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光解析:自然光沿各振動(dòng)方向的光波的強(qiáng)度相同,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;偏振光在垂直于傳播方向上,只沿某一特定方向振動(dòng),選項(xiàng)B正確;自然光透過(guò)偏振片后成為偏振光,

15、偏振光透過(guò)偏振片后不能還原為自然光,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的是自然光,選項(xiàng)D正確。答案:BD1 2 3 4 53.光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波,下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是()A.一束自然光相繼通過(guò)兩個(gè)偏振片,以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片,透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化B.一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上,當(dāng)反射光與折射光之間的夾角恰好是90時(shí),反射光是偏振光C.日落時(shí)分,拍攝水面下的景物,在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振光片可以使景象更清晰D.通過(guò)手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋解析:通過(guò)手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋,這是光的衍射現(xiàn)象,與偏振無(wú)關(guān),故選項(xiàng)D不符合題目要求。答

16、案:D1 2 3 4 54.關(guān)于光柵,下列說(shuō)法正確的是()A.增加光柵的狹縫的個(gè)數(shù),亮條紋變窄B.增加光柵的狹縫的個(gè)數(shù),亮條紋變寬C.增加光柵的狹縫的個(gè)數(shù),條紋亮度變暗D.增加光柵的狹縫的個(gè)數(shù),條紋亮度變亮解析:根據(jù)光柵的特點(diǎn)可知選項(xiàng)A、D正確。答案:AD1 2 3 4 55.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190099(選做題)如圖所示,在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中,下述情況能否看到干涉條紋?簡(jiǎn)單說(shuō)明理由。(1)在單色自然光源S后加一偏振片P。(2)在(1)情況下,再加偏振片P1、P2,P1與P2透射光方向垂直。解析:(1)能。到達(dá)S1、S2的光是從同一線偏振光分解出來(lái)的,它們滿足相干條件,能看到干涉條紋,只是強(qiáng)度由于偏振片的吸收作用而減弱。(2)不能。由于從P1、P2射出的光方向相互垂直,不滿足干涉條件,故光屏E上無(wú)干涉現(xiàn)象。答案:見(jiàn)解析