2018-2019版高中物理 第五章 光的波動(dòng)性 3 光的衍射與偏振 4 激光課件 教科版選修3-4.ppt

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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)①單

2、色光：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.②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、激光激光的特點(diǎn)及應(yīng)用,1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(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

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],,,,√,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,a,bd,重點(diǎn)探究,一、光的衍射,[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？答案大約0.4mm時(shí)會(huì)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

4、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]三種衍射圖樣的特點(diǎn)(1)單縫衍射①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.②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.,圖1,(3)圓板衍射(泊松亮斑)①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

5、斑，這就是著名的泊松亮斑.衍射圖樣如圖2所示.②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

6、，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),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

7、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(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Ⅰ和Ⅱ；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)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

8、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，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

9、、光的偏振,[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]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，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

10、”.①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.②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

11、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?，故B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]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.激光的應(yīng)用如此廣泛，激光到底具有哪些特性？,答案1.強(qiáng)度大.2.方向性好.3.單色性

12、好.4.相干性好.5.覆蓋波段寬而且可調(diào)諧.,圖7,答案,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

13、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),1,2,3,4,1.(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,1,2,3,4,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

14、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,1,2,3,4,2.(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8,1,2,3,4,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Δx＝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

15、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αD.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α,3.(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α，這一角度α稱(chēng)為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)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

16、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9,1,2,3,4,1,2,3,4,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α，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α，故C、D都正確.,1,2,3,4,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)(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,√,√,