2020年高中物理 第四章 光4.6 光的衍射和偏振课件 教科版选修3-4

第六节光的衍射和偏振目标导航预习导引学习目标1.知道光的衍射的概念以及衍射的特征;知道光产生衍射的条件。2.知道光的偏振的概念以及偏振的特征。3.知道光是一种电磁波,电磁波是横波,知道横波的偏振性。4.知道如何检验光的偏振性。5.初步总结光波的特征重点难点1.产生明显衍射的条件、偏振光的性质及应用。2.对光的衍射和偏振现象产生原理的理解目标导航预习导引一二一、光的衍射1.衍射现象:光通过很窄的缝或很小的孔时,光没有沿直线传播,而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。2.衍射现象的分类:圆孔衍射、狭缝衍射、圆板衍射等。3.狭缝衍射条纹特点:衍射条纹是一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、最亮,离中央条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越低。4.光产生明显衍射现象的条件障碍物或小孔、狭缝的尺寸比波长小或跟波长相差不多。目标导航预习导引一二用两支圆柱形铅笔并在一起,形成一个狭缝,使狭缝平行于日光灯,眼睛透过狭缝观察日光灯,会看到什么现象?改变狭缝的宽度,观察到的现象有何变化?提示会看到平行于日光灯的彩色衍射条纹;狭缝越窄,衍射条纹间距越大,亮度越小。目标导航预习导引一二二、光的偏振1.自然光和偏振光(1)自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,沿着各个方向振动的光波的强度都相同。(2)偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光。(3)光的偏振现象,表明光是一种横波。目标导航预习导引一二2.光的偏振偏振现象只有沿偏振片的透振方向振动的光波才能通过偏振片结论偏振现象表明,光是一种横波偏振光的形成(1)自然光通过偏振片后,得到偏振光(2)自然光在介质表面反射时,反射光和折射光都是偏振光偏振现象的应用(1)照相机镜头前装一片偏振滤光片(2)电子表的液晶显示一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一、光的衍射衍射现象的分析方法1.用单色光照射狭缝,在狭缝较宽时,屏上出现一段亮条纹,且缝越窄,亮条纹也越窄,因为此时狭缝宽度比波长大很多,不会发生明显衍射,所以光沿直线传播到达光屏;当狭缝很窄时,屏中央出现一条比狭缝宽度大很多的亮条纹,两侧出现明暗相间,但间距和亮度不等的条纹;当狭缝更窄时,中央亮条纹更宽,两侧的亮条纹离中央亮条纹更远,产生了明显的衍射现象。2.用单色光照射小孔,随着圆孔的减小,屏上先后出现的是圆形亮斑→光源倒立的像(小孔成像)→明暗相间的圆环(衍射图样)。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用3.衍射条纹的产生,实质上是光波发生干涉的结果,即相干波叠加的结果。当光源发出的光照射到小孔或障碍物上时,小孔处看作有许多点光源,障碍物的边缘也可看成许多点光源(惠更斯原理)。这些点光源是相干光源,发出的光相干涉,在光屏上形成亮暗相间的条纹。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用1.在我们生活中你观察到了哪些衍射现象?答案:雨天的晚上,透过眼镜片上的水滴看路灯,水滴边缘有衍射条纹。对着日光灯从窄缝中看到的彩色条纹。光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影中心出现的亮斑。晚上眯着眼睛看月亮、星星,会在视网膜上形成衍射光斑等都是衍射现象。2.日常生活中我们难以观察到光的衍射,而为什么光沿直线传播却普遍存在?答案:可见光的波长范围是4×10-7~7.6×10-7m,由发生明显衍射的条件可知,障碍物或孔的尺寸都比光的波长大得多,所以光沿直线传播。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】(多选)关于光的衍射,下列说法正确的是()A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B.双缝干涉中也存在衍射现象C.一切光波都很容易发生明显的衍射现象D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实思路分析解答本题的关键是(1)明确不论干涉还是衍射都是光叠加的结果;(2)明确产生干涉的条件、产生明显衍射的条件及影形成的原因。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用解析:衍射图样是很复杂的光波的叠加现象,选项A正确;双缝干涉中每条缝中透过的光自身必然发生衍射,因为它完全符合衍射的条件,选项B正确;发生明显的衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸比光波波长小或相差不多,选项C错误;影的存在与衍射条纹是光波在不同条件下的表现,选项D错误。答案:AB一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用(多选)在单缝衍射实验中,下列说法中正确的是()A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽答案:ACD解析:当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越大;光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽。故选项A、C、D正确。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用二、光的偏振自然光和偏振光的比较项目自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光或由某种介质反射或折射的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿所有方向,且沿各个方向振动的光波的强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿某个特定方向(与起偏器透振方向一致)一二知识精要思考探究典题例解迁移应用摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物时,为什么要在照相机镜头前装一片偏振滤光片?答案:摄影师拍摄时,由于水面和玻璃表面的反射光的干扰,景像不清楚,因为反射光是偏振光,照相机镜头前装一片偏振滤光片后,让它的透振方向与反射光方向垂直,就可以减弱反射光而使景像清晰。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例2】关于光的偏振现象,下列说法中正确的是()A.偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同B.自然光入射到水面时,反射光和折射光都是一定程度的偏振光C.光的偏振现象说明光是一种纵波D.照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用思路分析解答本题的关键是明确有关概念,即自然光在垂直于传播方向上沿一切方向振动且沿各个方向振动的光波强度都相同,而偏振光在垂直于传播方向的平面内,只沿某个特定方向振动。一二知识精要思考探究典题例解迁移应用解析:偏振光在垂直于传播方向的平面内只沿某个特定的方向振动,选项A错误;自然光入射到水面时,反射光和折射光的振动方向不同,都是一定程度的偏振光,选项B正确;光的偏振现象说明光是一种横波,选项C错误;照相机镜头表面的镀膜是利用膜前后两束反射光的干涉现象来提高透过率的,选项D错误。答案:B一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用(多选)如图所示,P是偏振片,P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中,哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光?()A.太阳光B.沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成45°角振动的光答案:ABD解析:根据光的现象,只要光的振动方向不与偏振片的狭缝垂直,光都能通过偏振片。太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。故A、B、D正确。知识链接案例探究思悟升华单缝衍射和双缝干涉的异同点项目单缝衍射双缝干涉产生条件只要狭缝足够小,任何光都能发生频率相同的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等,中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮,两边变暗条纹清晰,亮度基本相等成因都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果意义都是波特有的现象,表明光是一种波知识链接案例探究思悟升华(多选)关于光的干涉、衍射及其应用,下列说法中正确的是()A.在光的干涉和衍射现象中,都呈现明暗相间的条纹或彩色条纹,因此干涉现象和衍射现象是相同的B.泊松亮斑是衍射现象C.阳光照射下,树影中呈现的一个个小圆斑是光的衍射现象D.激光防伪商标看起来是彩色的,这是光的干涉现象思路分析解答本题的关键是正确理解干涉、衍射及小孔成像,并能区分它们。解析:光的干涉和衍射虽然有很多共性,但属于不同的光现象,选项A错误;泊松亮斑是很小的圆斑,是光衍射产生的,选项B正确;阳光照射下,树影中呈现一个个小圆斑,属于小孔成像,选项C错误;激光防伪商标看起来是彩色的,是光的干涉引起的,选项D正确。答案:BD知识链接案例探究思悟升华区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法(1)根据条纹的宽度区分:双缝干涉的条纹是等宽的,条纹间的距离也是相等的;而单缝衍射的条纹,中央亮条纹最宽,两侧的条纹变窄。(2)根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央亮纹往两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹中央亮纹最亮,两侧的亮纹逐渐变暗。