高中物理 第13章 光 5-6 光的衍射 光的偏振課件 新人教版選修3-4.ppt

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5 光的衍射 6 光的偏振,填一填,練一練,1.光的衍射(見課本第59頁) (1)衍射現(xiàn)象:光通過很窄的縫和很小的孔時,光沒有沿直線傳播,它繞過了縫或孔的邊緣,傳播到了障礙物后面的地方。 (2)衍射條紋的特點:一些明暗相間的條紋,中央條紋最寬、最亮,離中央條紋越遠,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相比,甚至比光的波長還小。 2.衍射光柵(見課本第61頁) (1)結構:由許多等寬的狹縫等距離排列形成的光學元件。 (2)衍射圖樣的特點: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(見課本第63頁) (1)自然光:由太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光,它包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,而且沿各個方向振動的光波的強度都相同。 (2)偏振光:自然光垂直透過某一偏振片后,在垂直于傳播方向的平面上,沿著某一特定方向振動的光。自然光在玻璃、水面、木質桌面等表面的反射光和折射光都是偏振光,入射角變化時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)象的應用(見課本第65頁) (1)攝影中應用偏振光: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中插進一個液晶盒,液晶具有各向異性的屬性,特別是當偏振光經(jīng)過液晶時,其振動方向會旋轉90°,利用這種特性控制光通過或不通過,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,說明光是一種波,具有波動性;光的折射現(xiàn)象僅反映了光通過兩種介質的界面時的一種傳播現(xiàn)象,不能說明光是橫波;根據(jù)光的全反射現(xiàn)象,說明光由光密介質進入光疏介質和由光疏介質進入光密介質會有不同的現(xiàn)象;光的偏振現(xiàn)象說明振動方向與光的傳播方向垂直,即說明光是橫波,所以正確選項為D。 答案:D,,,探究一,探究二,探究三,探究一三種衍射圖樣的比較 問題導引 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?為什么?,探究一,探究二,探究三,名師精講 1.單縫衍射圖樣的特點 (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及單縫寬度有關。入射光波長越長,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,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,當擋板AB上的圓孔較大時,光屏上出現(xiàn)圖甲所示的情形,無明顯的衍射現(xiàn)象發(fā)生;當擋板AB上的圓孔很小時,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 ①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。 ②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,如圖丙所示。 (2)形成泊松亮斑時,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)。,丙,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題1】 對于單縫衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是( ) 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A錯;入射光的波長越長,單縫寬度越小,衍射現(xiàn)象越明顯,選項B對,選項C、D錯。 答案:B,,,探究一,探究二,探究三,變式訓練1 導學號38190096用單色光分別通過小圓盤與小圓孔做衍射實驗時,在光屏上得到衍射圖樣,它們的特點是( ) A.用前者做實驗時中央是暗的,用后者做實驗時中央是亮的 B.用前者做實驗時中央是亮的,用后者做實驗時中央是暗的 C.中央均為亮點的同心圓形條紋 D.中央均為暗點的同心圓形條紋 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亮斑,這就是著名的泊松亮斑,是光繞過盤的邊緣后在中央疊加后形成的,在亮斑的周圍有一個大的影區(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,探究二單縫衍射和雙縫干涉的比較 問題導引 在光的干涉和衍射實驗中均可觀察到明、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 單縫衍射與雙縫干涉的比較,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題2】 關于光的干涉和衍射現(xiàn)象,下列說法正確的是( ) 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)象說明光具有波動性,光的衍射現(xiàn)象不能說明這一點 D.光的干涉和衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結果 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,只是條紋間距特點及亮度特點不同而已。 答案:D,,,探究一,探究二,探究三,變式訓練2 導學號38190097用激光做單縫衍射實驗和雙縫干涉實驗,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,則不僅能在光屏上看到彩色條紋,還能通過感光元件中的信號轉換,在電腦上看到光強的分布情況。下列說法正確的是( ) A.當做單縫實驗時,光強分布圖如乙所示 B.當做單縫實驗時,光強分布圖如丙所示 C.當做雙縫實驗時,光強分布圖如乙所示 D.當做雙縫實驗時,光強分布圖如丙所示,探究一,探究二,探究三,解析:當做單縫實驗時,中間是亮條紋,往兩側條紋亮度逐漸降低,且亮條紋的寬度不等,所以其光強分布如題圖乙所示,A項正確,B項錯誤;當做雙縫實驗時,在屏上呈現(xiàn)的是寬度相等的亮條紋,所以其光強分布如題圖丙所示,C項錯誤,D項正確。 答案:AD,,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,探究三自然光和偏振光的比較 問題導引 在觀看立體電影時,觀眾要戴上特制的眼鏡,這副眼鏡就是一對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 1.振動方向比較 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;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。 2.經(jīng)過偏振片時現(xiàn)象比較 如圖甲,自然光通過偏振片后變成偏振光,后面的屏是明亮的,轉動偏振片時,偏振光的振動方向隨之變化,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)過偏振片時,若光的振動方向與偏振片的透振方向平行,屏是亮的;若光的振動方向與偏振片的透振方向垂直,屏是暗的;若既不平行也不垂直,屏的亮度介于兩者之間,隨著振動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、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 【例題3】 如圖所示,電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)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,探究一,探究二,探究三,解析:自然光沿各個方向振動是均勻分布的,通過偏振片后,透射光是只有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,則選項A錯誤;它通過偏振片A后,即變?yōu)槠窆?則選項B正確;設通過A的光沿豎直方向振動,則偏振片B只能通過沿水平方向振動的偏振光,則P點無光亮,將B轉過180°后,在P處看不到光亮,即選項C錯誤;若將B轉過90°,則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^豎直方向振動的光的偏振片,則偏振光能通過B,即在P處可看到光亮,選項D正確。 答案:BD,,探究一,探究二,探究三,變式訓練3 導學號38190098如圖所示,白熾燈的右側依次平行放置偏振片P和Q,A點位于P、Q之間,B點位于Q右側。旋轉偏振片P,A、B兩點光的強度變化情況是 ( ) 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,包含各個方向的光,且各個方向的光強度相等,所以旋轉偏振片P時各方向透射光強度相同,故A點光的強度不變;白熾燈光經(jīng)偏振片P后為偏振光,此時只有偏振片Q與P的偏振方向一致時偏振光才能完全透過Q,因此在旋轉P時B點的光強有變化,選項C正確。 答案:C,,,探究一,探究二,探究三,1 2 3 4 5,,,,,,1.觀察單縫衍射現(xiàn)象時,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)象越來越明顯 C.衍射條紋的間距不變,只是亮度增強 D.以上現(xiàn)象都不會發(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)象越來越明顯,衍射條紋間距變大。本題是縫寬增大,所以選項A正確。 答案:A,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.關于自然光和偏振光,以下說法正確的是( ) A.自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,但是沿各個方向振動的光波的強度可以不同 B.偏振光是垂直于傳播方向上,只沿著某一特定方向振動的光 C.自然光透過兩個偏振片后可還原為自然光 D.太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光 解析:自然光沿各振動方向的光波的強度相同,選項A錯誤;偏振光在垂直于傳播方向上,只沿某一特定方向振動,選項B正確;自然光透過偏振片后成為偏振光,偏振光透過偏振片后不能還原為自然光,選項C錯誤;太陽、電燈等普通光源發(fā)出的是自然光,選項D正確。 答案:BD,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波,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兩個偏振片,以光束為軸旋轉其中一個偏振片,透射光的強度發(fā)生變化 B.一束自然光入射到兩種介質的分界面上,當反射光與折射光之間的夾角恰好是90°時,反射光是偏振光 C.日落時分,拍攝水面下的景物,在照相機鏡頭前裝上偏振光片可以使景象更清晰 D.通過手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋 解析:通過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,與偏振無關,故選項D不符合題目要求。 答案:D,,,1 2 3 4 5,,,,,,4.關于光柵,下列說法正確的是( ) A.增加光柵的狹縫的個數(shù),亮條紋變窄 B.增加光柵的狹縫的個數(shù),亮條紋變寬 C.增加光柵的狹縫的個數(shù),條紋亮度變暗 D.增加光柵的狹縫的個數(shù),條紋亮度變亮 解析:根據(jù)光柵的特點可知選項A、D正確。 答案:AD,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.導學號38190099(選做題)如圖所示,在楊氏雙縫實驗中,下述情況能否看到干涉條紋?簡單說明理由。 (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S1、S2的光是從同一線偏振光分解出來的,它們滿足相干條件,能看到干涉條紋,只是強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上無干涉現(xiàn)象。 答案:見解析,,,