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(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,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,探究一三種衍射圖樣的比較 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 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 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?chē)遣噬珗A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環(huán)。,丙,探究一,探究二,探究三,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(pán)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(pán)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(pán)的邊緣后在中央疊加后形成的,在亮斑的周?chē)幸粋€(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,探究二單縫衍射和雙縫干涉的比較 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 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(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,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,探究三自然光和偏振光的比較 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 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;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 【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,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、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 5,,,,,,1.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:A,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.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,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:BD,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.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。 答案:D,,,1 2 3 4 5,,,,,,4.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:AD,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.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,,,