2018-2019學(xué)年高中物理 第5章 光的干涉 衍射 偏振 第2講 光的衍射 光的偏振 激光與全息照相課件 魯科版選修3-4.ppt

第5章,光的干涉衍射偏振,第2講光的衍射光的偏振激光與全息照相,目標(biāo)定位1.觀察光的衍射現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)衍射條紋的特點(diǎn)區(qū)分雙縫干涉與單縫衍射的圖樣.2.知道產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.3.觀察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波.,4.知道自然光和偏振光的區(qū)別，知道偏振現(xiàn)象的一些應(yīng)用.5.了解激光的特性和應(yīng)用，知道全息照相的原理及特點(diǎn),欄目索引CONTENTSPAGE,一、光的衍射,1衍射現(xiàn)象(1)定義：光的傳播繞到原來(lái)應(yīng)該是的范圍之內(nèi)的現(xiàn)象(2)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有當(dāng)障礙物或孔的尺寸光的波長(zhǎng)甚至比光的波長(zhǎng)更小時(shí)，衍射才是明顯的(3)衍射現(xiàn)象是性最基本的表現(xiàn)之一,陰影,接,近,波動(dòng),想一想衍射現(xiàn)象明顯就是衍射條紋更亮嗎？答案衍射現(xiàn)象明顯是指光繞到陰影區(qū)域的范圍更大，隨著縫、孔的減小，衍射條紋的寬度增大，但條紋亮度減弱,2衍射對(duì)分辨本領(lǐng)的影響光學(xué)儀器上用的透鏡的直經(jīng)越小，產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)就越3衍射光柵(1)定義：在兩個(gè)螺桿上繃上許多平行的細(xì)金屬線，或者在玻璃片上刻上許多均勻細(xì)槽的光學(xué)器件(2)種類(lèi)：光柵和光柵,低,透射,反射,(3)透射光柵衍射圖樣是和的共同結(jié)果的結(jié)果使光柵衍射的亮條紋的寬度比單縫衍射時(shí)窄得多，明條紋又細(xì)又亮,單縫衍射,多縫干涉,多縫干涉,二、光的偏振,1偏振現(xiàn)象：(1)波的偏振：如果橫波只沿著某一個(gè)的方向振動(dòng)，在物理學(xué)上就叫做波的偏振(2)只有才存在偏振(3)偏振光：通過(guò)偏振鏡的光,特定,橫波,2偏振片(1)自然光：在于傳播方向的平面內(nèi)，可沿方向振動(dòng)，振動(dòng)在平面內(nèi)的分布大致的光,自然光通過(guò)偏振片后，只有振動(dòng)方向和“狹縫”方向的那些光波才能完全通過(guò)，而振動(dòng)方向和“狹縫”的光波就完全不能通過(guò)偏振光能完全通過(guò)的方向稱(chēng)為偏振器的偏振化方向,垂直,均勻,一致,垂直,任何,(3)起偏器和檢偏器起偏器：用于獲得的偏振片檢偏器：為了檢查通過(guò)起偏器的光是不是，在起偏器后面再放的那一個(gè)偏振片起偏器和檢偏器都是偏振片3偏振現(xiàn)象的應(yīng)用：立體電影、照相機(jī)鏡頭前的偏振鏡、檢查應(yīng)力的分布情況、預(yù)報(bào),偏振光,偏振光,地震,三、激光與全息照相,1激光及其特性激光是受激輻射產(chǎn)生的光，激光光束中所有光子都是相互關(guān)聯(lián)的，它們的一致、一致、一致、方向一致，所以激光具有好、強(qiáng)、高等特點(diǎn),原子,頻率,相位,偏振方向,傳播,單色性,方向性,亮度,2激光的應(yīng)用(1)在家中，CD、VCD、有線電視；(2)在聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上，收集圖文信息、收發(fā)電子郵件、網(wǎng)上購(gòu)物；(3)在醫(yī)院里，治療、整容美容；(4)在軍事領(lǐng)域，激光制導(dǎo)炸彈、跟蹤目標(biāo)、傳遞軍事情報(bào),疾病,測(cè)量距離,3激光與全息照相(1)全息照相的原理全息照相是應(yīng)用光的實(shí)現(xiàn)的(2)全息照相與普通照相相比具有的突出特點(diǎn)：觀察再現(xiàn)的圖象時(shí)，看到的三維立體圖象和原來(lái)的物體幾乎,干涉,一模一樣,發(fā)現(xiàn)一個(gè)物體部分被遮擋了，改變一下角度，就能觀察到被遮擋的部分一張全息照片的大部分被損壞或丟失，只留下一小部分，從這一小部分照片再現(xiàn)原物的全貌可以在同一張底片上記錄多張圖象，再現(xiàn)時(shí)可以在不同的角度上分別觀察到兩個(gè)不同物體的像而,仍可,不互相干擾,一、對(duì)光的衍射的理解,1光產(chǎn)生明顯衍射的條件障礙物或小孔的尺寸跟光的波長(zhǎng)相比差不多，甚至比光的波長(zhǎng)小2衍射圖樣的特點(diǎn)(1)單縫衍射：?jiǎn)紊馔ㄟ^(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,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)越長(zhǎng)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,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,例1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B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，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,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，即光偏離直線傳播的路徑越遠(yuǎn)，條紋間距也越大，A，C正確；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大，B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，D正確答案ACD,二、單縫衍射與雙縫干涉的比較,1不同點(diǎn),(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J,2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)或削弱的結(jié)果(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波,例2如圖3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()Aa、b是光的干涉圖樣Bc、d是光的干涉圖樣C形成a圖樣的光的波長(zhǎng)比形成b圖樣光的波長(zhǎng)短D形成c圖樣的光的波長(zhǎng)比形成d圖樣光的波長(zhǎng)短,圖3,解析干涉條紋是等間距的條紋，因此，a、b圖是干涉圖樣，c、d圖是衍射圖樣，故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由公式y(tǒng)可知，當(dāng)l和d相同時(shí)，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)誤答案A,三、對(duì)光的偏振的理解,1偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是刻上的真實(shí)狹縫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,3自然光和偏振光,4.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)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(chē)時(shí)，車(chē)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,例3如圖4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、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是(),圖4,AA、B均不變BA、B均有變化CA不變，B有變化DA有變化，B不變,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，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，只有Q與P的偏振方向一致時(shí)才有光透過(guò)Q，因此B點(diǎn)的光的強(qiáng)度有變化，選項(xiàng)C正確答案C,四、激光的應(yīng)用,1利用激光通過(guò)光導(dǎo)纖維實(shí)現(xiàn)通信(利用激光的單色性好，便于調(diào)制)2激光雷達(dá)測(cè)距、測(cè)速(方向性好，結(jié)合多普勒效應(yīng))3DVD、CD唱機(jī)、電腦光驅(qū)(方向性好)4醫(yī)學(xué)上的“激光刀”、激光雕刻、激光切割、激光焊接、受控核聚變(能量集中及高能量)5全息照相技術(shù),例4下列說(shuō)法正確的是()A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C外科研制的“激光刀”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),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)B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)跟真的一樣，立體感較強(qiáng)，選項(xiàng)D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)C正確答案ACD,1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暗相間的直條紋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,光的衍射現(xiàn)象,解析單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮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圓盤(pán)上，在其陰影處出現(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)中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象答案AC,單縫衍射與雙縫干涉的比較,2如圖5所示，甲、乙為單色光通過(guò)窄縫后形成的明暗相間的兩種條紋圖樣下列判斷正確的是(圖中黑色表示亮條紋)()A甲為單縫衍射的圖樣B乙為雙縫干涉的圖樣C甲為雙縫干涉的圖樣D乙為單縫衍射的圖樣,圖5,解析雙縫干涉圖樣的條紋間隔是均勻的，單縫衍射的條紋是中間寬、兩側(cè)逐漸變窄，由此可見(jiàn)選項(xiàng)A、B正確答案AB,光的偏振,3如圖6所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿OO方向射向A，此時(shí)在光屏C上，透射光的強(qiáng)度最大，則下列說(shuō)法中正確的是()A此時(shí)A、B的透振方向平行B只有將B繞OO軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90，屏上透射光的強(qiáng)度才最弱，幾乎為零C不論將A或B繞OO軸旋轉(zhuǎn)90，屏上透射光的強(qiáng)度都將最弱，幾乎為零D將A沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180，屏上透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零,圖6,解析當(dāng)A、B兩偏振片的透振方向平行時(shí)，光屏上的光強(qiáng)度最大；當(dāng)二者透振方向垂直時(shí)，光屏上的光強(qiáng)度最小，幾乎為零，由此可知A、C選項(xiàng)正確答案AC,激光的特點(diǎn)及應(yīng)用,4下列說(shuō)法中正確的是()A激光是自然光被放大而產(chǎn)生的B激光是原子受激輻射而得到的加強(qiáng)光C激光的能量一定大于其他光的能量D激光的傳播速度比普通光大解析激光是由人工產(chǎn)生的光，它是由于原子受到激發(fā)而產(chǎn)生的，它具有平行度好、相干性強(qiáng)和亮度高的特點(diǎn)，其傳播速度仍然是光速，故B對(duì),B,