2018-2019學(xué)年高中物理 第13章 光 13.5-13.6 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,,一、光的衍射1.光的衍射現(xiàn)象:(1)單縫衍射:單色光通過(guò)狹縫時(shí),在屏幕上出現(xiàn)_____相間的條紋,中央為亮條紋,中央條紋最寬最亮,其余條紋變窄變暗。,明暗,,(2)泊松亮斑:障礙物的衍射現(xiàn)象。各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射,使影的輪廓模糊不清。若在單色光傳播途中,放一個(gè)較小的圓形障礙物,會(huì)發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個(gè)亮斑,這就是著名的______亮斑。,泊,松,,2.產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比,甚至比光的波長(zhǎng)還要___。3.光的衍射和光的直線傳播的關(guān)系:光的直線傳播只是一個(gè)近似的規(guī)律,當(dāng)光的波長(zhǎng)比障礙物或小孔尺寸小得多時(shí),光可以看成___________;在小孔或障礙物尺寸可以跟波長(zhǎng)相比,甚至比波長(zhǎng)還要小時(shí),衍射現(xiàn)象就十分明顯。,小,沿直線傳播,,4.衍射光柵:(1)結(jié)構(gòu):有許多等寬的狹縫_______排列起來(lái)形成的光學(xué)元件。狹縫的個(gè)數(shù)越多,衍射條紋的寬度越窄,亮度越高。(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_____。(3)衍射光柵的種類:透射光柵和_____光柵。,等距離,增加,反射,,二、光的偏振1.偏振現(xiàn)象:(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_____都相同。,強(qiáng)度,,(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_____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。,偏振,,2.偏振現(xiàn)象的應(yīng)用:(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_____,減弱了反射光進(jìn)入鏡頭。,垂直,,(2)電子表的液晶顯示屏:在兩塊透振方向互相_____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。,垂直,,【預(yù)習(xí)診斷】1.請(qǐng)判斷下列說(shuō)法的正誤。(1)衍射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)所有光都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。(),,(4)橫波和縱波都能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象。()(5)自然光通過(guò)偏振片可以獲得偏振光。()(6)起偏器和檢偏器都是偏振器。(),,提示:(1)。衍射條紋是中間最寬、最亮,兩側(cè)逐漸變窄、變暗;干涉條紋是等間距的條紋。(2)。發(fā)生明顯衍射的條件是波長(zhǎng)與障礙物的尺寸相當(dāng),并不是光的波長(zhǎng)要達(dá)到多長(zhǎng)。(3)√。衍射是一切波所具有的特性。,,(4)。只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象。(5)√。自然光通過(guò)偏振片,偏振片只讓某一方向振動(dòng)的光通過(guò),就形成了偏振光。(6)√。起偏器和檢偏器都是偏振器,用于獲得偏振光的叫起偏器,用于檢驗(yàn)是不是偏振光的叫檢偏器。,,2.(多選)對(duì)衍射現(xiàn)象的定性分析,正確的是()A.光的衍射是光在傳播過(guò)程中繞過(guò)障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象B.衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果C.光的衍射現(xiàn)象為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù)D.光的衍射現(xiàn)象完全否定了光的直線傳播結(jié)論,,【解析】選A、B、C。衍射現(xiàn)象是波繞過(guò)障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象,衍射條紋是波的疊加的結(jié)果,干涉、衍射是一切波所具有的特性,所以選項(xiàng)A、B、C正確。光的直線傳播只是近似的,只有在光的波長(zhǎng)比障礙物尺寸小得多的情況下,光才被看作是沿直線傳播的,所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的,所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,,3.在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣,下列四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是()A.a、cB.b、cC.a、dD.b、d,,【解析】選D。由題圖可知a為雙縫干涉圖樣,b、d為單縫衍射圖樣,c為小孔衍射圖樣,故選項(xiàng)D正確。,,4.關(guān)于自然光和偏振光,下列觀點(diǎn)正確的是()A.自然光能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象,而偏振光卻不能B.只有自然光透過(guò)偏振片才能獲得偏振光C.自然光只能是白色光,而偏振光不能是白色光D.自然光和偏振光都能使感光底片感光,,【解析】選D。振動(dòng)沿各個(gè)方向均勻分布的光是自然光,而振動(dòng)沿著特定方向的光是偏振光,但自然光和偏振光都能發(fā)生干涉、衍射,所以A錯(cuò)。光的偏振現(xiàn)象并不罕見,除了從光源直接發(fā)出的光以外,我們通?？吹降慕^大部分光,都是偏振光,所以B錯(cuò)。光的顏色由光的頻率決定,與光的振動(dòng)方向無(wú)關(guān),所以C錯(cuò)。自然光和偏振光都具有能量,都能使感光底片感光,D正確。,知識(shí)點(diǎn)一衍射圖樣的比較探究導(dǎo)入:取3塊不透光的板,在每塊板的中間各開1個(gè)圓孔,3塊板所開的圓孔大小不一。先用點(diǎn)光源照射圓孔最大的那塊板,在屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明亮的圓形光斑圖a;再換上圓孔中等的那塊板,在屏上會(huì)出現(xiàn)圖b;最后用圓孔最小(直徑約為1mm)的那塊板,在屏上會(huì)出現(xiàn)圖c。,,,(1)屏上圖b產(chǎn)生了什么現(xiàn)象?(2)比較屏上圖b和圖c,說(shuō)明了什么?提示:(1)衍射現(xiàn)象。(2)孔越小,衍射現(xiàn)象越明顯。,,【歸納總結(jié)】1.三種衍射圖樣比較:(1)單縫衍射圖樣。①中央條紋最亮,越向兩邊越暗;條紋間距不等,越靠外,條紋間距越小,中央條紋最寬,兩邊條紋寬度變窄。,,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)越大,單縫越窄,中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。④用白光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)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。,,(2)圓孔衍射圖樣。①中央是大且亮的圓形亮斑,周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán),且越靠外,圓形亮條紋的亮度越弱,寬度越小,如圖所示。②圓孔越小,中央亮斑的直徑越大,同時(shí)亮度越弱。,,③用不同色光照射圓孔時(shí),得到的衍射圖樣的大小和位置不同,波長(zhǎng)越大,中央圓形亮斑的直徑越大。④白光的圓孔衍射圖樣中,中央是大且亮的白色光斑,周圍是彩色同心圓環(huán)。,,⑤只有圓孔足夠小時(shí)才能得到明顯的衍射圖樣。在圓孔由較大直徑逐漸減小的過(guò)程中,光屏上依次得到幾種不同的現(xiàn)象——圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)。,,(3)不透明的小圓板衍射圖樣(泊松亮斑)。①中央是亮斑。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)。③周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小。,,2.單縫衍射與雙縫干涉的比較:,,【典題過(guò)關(guān)】【典例】在一次觀察光的衍射的實(shí)驗(yàn)中,觀察到如圖所示的清晰的明暗相間的圖樣,那么障礙物應(yīng)是(黑線為暗線)(),,A.很小的不透明的圓板B.很大的中間有大圓孔的不透明的圓板C.很大的不透明的圓板D.很大的中間有小圓孔的不透明的圓板,,【正確解答】選D。圖樣為清晰的衍射圖樣,故B錯(cuò);圖樣中心為亮斑,說(shuō)明障礙物為D;若為A,則中央有一個(gè)小亮點(diǎn),亮點(diǎn)外為大暗環(huán);若為C,則圖樣為大暗斑,只是邊緣稍模糊。,,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】在觀察光的衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)緊靠眼睛的卡尺測(cè)腳形成的狹縫,觀看遠(yuǎn)處的線狀白熾燈絲(燈管或燈絲都要平行于狹縫),可以看到()A.黑白相間的直條紋B.黑白相間的弧形條紋C.彩色的直條紋D.彩色弧形條紋,,【解析】選C。白熾燈發(fā)出的是復(fù)色光,其中各種色光的波長(zhǎng)不同,產(chǎn)生的衍射條紋間距不同,各單色光相互疊加,成為彩色直條紋。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)用卡尺觀察光的衍射現(xiàn)象時(shí),下列說(shuō)法中正確的是()A.卡尺形成的狹縫應(yīng)平行于日光燈,且狹縫遠(yuǎn)離日光燈,人眼也遠(yuǎn)離狹縫進(jìn)行觀察B.卡尺狹縫平行于日光燈觀察時(shí),可觀察到中央為白色光帶,兩側(cè)為彩色光帶,且彩帶平行于日光燈,,C.狹縫由0.5mm寬度縮小到0.2mm,條紋間距變寬,亮度變暗D.狹縫由0.5mm寬度擴(kuò)展到0.8mm,條紋間距變寬,亮度變暗,,【解析】選B、C。用卡尺狹縫平行于日光燈,狹縫遠(yuǎn)離日光燈,眼睛應(yīng)靠近狹縫進(jìn)行觀察,觀察到平行于日光燈的彩色條紋,且中央為白色條紋,A錯(cuò)誤、B正確;狹縫越小,衍射現(xiàn)象越明顯,即條紋間距變寬,但亮度變暗,C正確、D錯(cuò)誤。,,知識(shí)點(diǎn)二自然光和偏振光探究導(dǎo)入:如圖所示是立體電影中的圖片。為什么立體電影會(huì)產(chǎn)生如此神奇的效果?,,提示:在觀看立體電影時(shí),觀眾要戴上一副特制的眼鏡,這副眼鏡就是一對(duì)透振方向相互垂直的偏振片。,,【歸納總結(jié)】1.偏振片和透振方向: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,只有沿著某個(gè)特定方向振動(dòng)的光波才能順利通過(guò)偏振片,這個(gè)方向叫作“透振方向”。2.光的偏振現(xiàn)象表明光是橫波。,,3.自然光與偏振光的比較:,,,【典題過(guò)關(guān)】【典例】(多選)(2018溫州高二檢測(cè))如圖所示,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)度才會(huì)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)度都會(huì)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,,【正確解答】選A、C。當(dāng)A、B兩偏振片的透振方向平行時(shí),光屏上光的強(qiáng)度最大;當(dāng)二者透振方向垂直時(shí),光屏上光的強(qiáng)度最弱,幾乎為零,由此可知A、C選項(xiàng)正確。,,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.如圖所示,讓太陽(yáng)光通過(guò)M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上,P的右側(cè)再放一光屏Q,現(xiàn)使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周,則關(guān)于光屏Q上光的亮度變化情況,下列說(shuō)法中正確的是(),,A.只有當(dāng)偏振片轉(zhuǎn)到某一適當(dāng)位置時(shí)光屏被照亮,其他位置時(shí)光屏上無(wú)亮光B.光屏上亮、暗交替變化C.光屏上亮度不變D.光屏上只有一條亮線隨偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng),,【解析】選C。旋轉(zhuǎn)P,自然光通過(guò)偏振片P后,在垂直于傳播方向的平面上,只沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng),太陽(yáng)光是自然光,包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光,而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。所以光屏上總是有沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)的偏振光,光屏上亮度不變。,,2.(多選)如圖,P是一偏振片,P的透振方向(用帶箭頭的實(shí)線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中哪幾種照射P時(shí)能在P的另一側(cè)觀察到透射光(),,A.太陽(yáng)光B.沿豎直方向振動(dòng)的光C.沿水平方向振動(dòng)的光D.沿與豎直方向成45角振動(dòng)的光,,【解析】選A、B、D。當(dāng)光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向平行時(shí),透光最強(qiáng);垂直時(shí),無(wú)光透過(guò);若為某一角度時(shí),有部分光透過(guò);太陽(yáng)光是自然光,沿各個(gè)方向的振動(dòng)都存在,因此選項(xiàng)A、B、D正確。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.如圖所示,讓太陽(yáng)光或白熾燈光先后通過(guò)偏振片P和Q,以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q可以看到透射光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化,這是光的偏振現(xiàn)象。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明(),,A.光是電磁波B.光是一種橫波C.光是一種縱波D.光是概率波,,【解析】選B。太陽(yáng)光或白熾燈發(fā)出的光是自然光,當(dāng)通過(guò)偏振片P后變?yōu)槠窆?旋轉(zhuǎn)P或Q時(shí),通過(guò)P的偏振光的振動(dòng)方向和通過(guò)Q的偏振方向不平行時(shí),光屏上透射光的強(qiáng)度就會(huì)發(fā)生變化,該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明光是一種橫波。,,2.(多選)在垂直于太陽(yáng)光的傳播方向前后放置兩個(gè)偏振片P和Q,在Q的后邊放上光屏,以下說(shuō)法正確的是()A.Q不動(dòng),旋轉(zhuǎn)偏振片P,屏上光的亮度不變B.Q不動(dòng),旋轉(zhuǎn)偏振片P,屏上光的亮度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱C.P不動(dòng),旋轉(zhuǎn)偏振片Q,屏上光的亮度不變D.P不動(dòng),旋轉(zhuǎn)偏振片Q,屏上光的亮度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱,,【解析】選B、D。P是起偏器,它的作用是把太陽(yáng)光(自然光)轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆?該偏振光的振動(dòng)方向與P的透振方向一致,所以當(dāng)Q與P的透振方向平行時(shí),通過(guò)Q的光強(qiáng)最大;當(dāng)Q與P的透振方向垂直時(shí),通過(guò)Q的光強(qiáng)最小,即無(wú)論旋轉(zhuǎn)P或Q,屏上的光強(qiáng)都是時(shí)強(qiáng)時(shí)弱。,,【拓展例題】考查內(nèi)容:光的偏振的應(yīng)用【典例】在拍攝日落時(shí)水面下的景物時(shí),應(yīng)在照相機(jī)鏡頭前裝一個(gè)偏振片,其目的是()A.減弱反射光,從而使景物的像清晰B.增強(qiáng)反射光,從而使景物的像清晰C.增強(qiáng)透射光,從而使景物的像清晰D.減弱透射光,從而使景物的像清晰,【正確解答】選A。由于反射光的干擾,景物的像常常比較模糊,裝上偏振片的目的是減弱反射光,且透振方向與反射光的振動(dòng)方向垂直,但不能增強(qiáng)透射光。,