2020版新教材高中物理 主题3 光及其应用 5 光的衍射 6 光的偏振 激光课件 新人教版必修第一

主题3光及其应用5光的衍射6光的偏振激光学习目标知识脉络1．知道光的衍射现象，知道几种衍射现象的图样．2．理解光产生明显衍射的条件．(重点)3．知道光的偏振现象，知道偏振是横波特有的性质．(难点)4．知道偏振光和自然光，知道偏振光的应用．5．了解激光的特性和应用，应用激光观察全息照片．知识点一光的衍射[先填空]1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了_____________的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现的现象．2．衍射图象：衍射时产生的或光环．明暗条纹直线传播暗条纹或暗斑3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现相间的条纹，中央为条纹，中央条纹最最亮，其余条纹变变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现条纹，中央为条纹．4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现相间的圆环．5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象．在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个，这就是著名的．泊松亮斑明暗亮宽窄彩色白明暗亮斑6．衍射光栅(1)结构由许多的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．(2)衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度，亮度．增加等宽变窄[再判断]1．白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象．()2．菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象．()3．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，会看到彩色的衍射条纹．()××√[后思考]1．白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点？【提示】都是中央为白色条纹，两侧为彩色条纹．2．光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象可能发生，也可能不发生，这种说法对吗？【提示】不对．光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象只有明显与不明显之分，无发生与不发生之别．[核心点击]1.产生明显衍射的条件障碍物的尺寸可以跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射．对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显．由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多．2．三种不同的衍射现象及特点(1)单缝衍射①现象：如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′，BB′区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象．②单缝衍射图样的四个特点：a．中央条纹亮而宽；b．两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱；c．波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大，单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大；d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色．(2)圆孔衍射①现象：圆孔衍射如图所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图甲所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．②圆孔衍射图样的两个特点a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环．越向外，亮环亮度越低．b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清．若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．②障碍物的衍射图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，与小孔衍射图样有明显区别．1.在单缝衍射实验中，下列说法正确的是()A．将入射光由黄光换成绿光，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E．条纹间距与单缝到屏的距离无关解析：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，A，C正确；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，B错误；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，D正确，E错误．答案：ACD2．如图甲、乙所示，是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样________为单缝衍射的图样，________为双缝干涉的图样．解析：甲图中的条纹宽度不等，中央宽，两侧窄，应为单缝衍射图样．乙图中的条纹等宽等距，应为双缝干涉图样．答案：甲乙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．知识点二光的偏振[先填空]偏振现象只有沿偏振片的“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偏振光的形成(1)自然光通过后得到偏振光(2)自然光在介质表面反射时，光和光都是偏振光折射透振横波偏振片反射偏振现象的应用(1)照相机镜头前(2)电子表的液晶显示[再判断]1．凡是波都有偏振现象．()2．反射可以引起自然光的偏振．()3．拍摄水中游鱼时，在镜前装一偏振片是利用光的偏振现象．()×√√[后思考]1．自然光和偏振光的主要区别是什么？【提示】在垂直于传播方向的平面内，自然光沿所有方向振动，偏振光沿某一特定方向振动．2．自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？【提示】经水面反射和折射的光都是偏振光．[核心点击]1．横波、纵波的判断方法直接看质点的振动方向与传播方向的关系．若互相垂直为横波；若在同一直线上为纵波．这种方法适用于看得见质点振动方向的机械波．2．偏振片偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫作透振方向．偏振片对光波的作用就像狭缝对机械波的作用一样．3．自然光和偏振光的比较自然光偏振光成因从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光振动方向在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动在垂直于传播方向的平面内，并且只有一个振动方向经偏振片后现象比较经偏振片后现象比较如上图所示，通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，转动偏振片，偏振光的亮度不变，但偏振方向随之变化如上图所示，偏振光经偏振片后，若偏振方向与透振方向平行，屏亮；若垂直，则屏暗；若介于两者之间，则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗.3．在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏，如图所示，则下列说法正确的是()A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱E．偏振现象表明光是横波解析：P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致．所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小．即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱．故正确答案为BDE.答案：BDE4．电子表的显示屏利用了液晶的旋光性，当液晶上不加电压时，偏振光通过液晶时偏振方向会旋转90°，这就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上电压，则旋光性消失．有一种电子表的显示屏是透明的，而在显示数字的笔画处不透光，则上下两个偏振片的透振方向相互________；笔画处为________电极，因此加上电压时变为________的．解析：假设光从下向上传播，光线通过下偏振片时成为偏振光，如果不加电压，偏振光通过液晶时偏振方向旋转90°，此时光线能透过上偏振片，可知上偏振片的透振方向应与此时偏振光的偏振方向相同，即与下偏振片的透振方向垂直；组成数字的笔画处有时透明，有时不透明，可知笔画处为透明电极，当加上电压时液晶旋光性消失，光线不能透过．答案：垂直透明不透明5．在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是什么？解析：由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光．答案：减弱反射光，从而使景物的像清晰(1)偏振片是由特定的材料制成的，每个偏振片都有一个特定的方向，这个方向叫作“透振方向”，只有沿透振方向振动的光才能通过偏振片．(2)偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实狭缝．(3)光的偏振现象说明光是一种横波．(4)自然光透过偏振片可以变成偏振光．(5)当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，透过偏振片的光的强度不同．知识点三激光[先填空]1．激光的特点及应用性质应用相干性：激光具有频率、相位差、偏振方向的特点，具有高度的相干性光纤通信平行度：激光的非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度激光，读取光盘上记录的信息等相同恒定一致平行度测距亮度高：它可以在很小的和很短的内集中很大的用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”、激发核反应等能量空间时间2.全息照相(1)与普通照相技术的比较普通照相技术所记录的只是光波的信息，而全息照相技术还记录了光波的信息．(2)原理：全息照片的拍摄利用了光的原理．干涉强弱相位[再判断]1．激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点．()2．激光可用做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好．()3．全息照相技术只能记录光波的强弱信息．()√××[后思考]利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？【提示】应用了“平行度”非常好的性质．[核心点击]1．激光的相干性好所谓相干性好，是指容易产生干涉现象．普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件．所以，现在我们做双缝干涉实验时，无需在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹．利用相干光易于调制的特点，传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量，而光纤通信就必须借助激光技术才能发展．2．激光的平行度非常好与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距．现在利用激光测量地月距离精确度已达到1m.3．激光的亮度非常高它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温．不能直接照射眼睛，否则会伤害眼睛．4．激光单色性很好激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的．6．关于激光的应用，下列说法中正确的是()A．光纤通信是应用激光相干好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递B．计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点E．激光打孔是应用了激光相干性好的特点解析：光纤通信主要利用激光的相干性好的特点，选项A正确；计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点，选项B正确；医疗中用激光作“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点，选项C正确，E错误；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，选项D错误．答案：ABC7．准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于进行近视眼的治疗．用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短、效果好、无痛苦．关于这个治疗，以下说法中正确的是()A．近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面，使人不能看清物体B．激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术C．激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复D．激光治疗近视眼手