2017-2018學年高中物理 第十三章 光 第5、6節(jié) 光的衍射 光的偏振教學案 選修-

1、學必求其心得，業(yè)必貴于專精第5、6節(jié) 光的衍射_光的偏振1.衍射條紋是一些明暗相間的條紋，中央條紋最寬、最亮，離中央條紋越遠，亮條紋的寬度越小,亮度越低。2白光的單縫衍射條紋是中央為白色亮紋，兩側(cè)為彩色條紋,外側(cè)呈紅色，靠近白色亮紋的內(nèi)側(cè)為紫色。3偏振光：在垂直于傳播方向的平面上,只沿著某個特定的方向振動的光。一、光的衍射1定義:光通過很小的狹縫（或圓孔）時，明顯地偏離了直線傳播的方向,在屏上應(yīng)該出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)明條紋或亮斑,應(yīng)該屬于亮區(qū)的地方也會出現(xiàn)暗條紋或暗斑的現(xiàn)象。2衍射圖像：衍射時產(chǎn)生的明暗條紋或光環(huán)。3單縫衍射:單色光通過狹縫時，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

2、寬最亮,其余條紋變窄變暗；白光通過狹縫時,在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白條紋。4圓孔衍射：光通過小孔時（孔很小)在屏幕上會出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán).5泊松亮斑：障礙物的衍射現(xiàn)象。在單色光傳播途中，放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑。二、衍射光柵1衍射光柵的結(jié)構(gòu)由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學儀器。2衍射圖樣的特點與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。3衍射光柵的種類反射光柵、透射光柵。三、光的偏振1橫波與縱波的特點橫波中各點的振動方向總與波的傳播方向垂直?？v波中，各點的振動方向總與波的傳播方向在同一直線上。橫波有偏振現(xiàn)象。2自然光和偏振光(1)自

3、然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光,包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，沿著各個方向振動的光波的強度都相同.（2)偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光.3光的偏振偏振現(xiàn)象只有沿偏振片的“透射方向”振動的光波才能通過偏振片結(jié)論偏振現(xiàn)象表明,光是一種橫波偏振光的形成自然光通過偏振片后,得到偏振光自然光在介質(zhì)表面反射時，反射光和折射光都是偏振光偏振現(xiàn)象的應(yīng)用把偏振片裝在照相機鏡頭前電子表的液晶顯示1自主思考-判一判（1)白光通過盛水的玻璃杯，在適當?shù)慕嵌龋煽吹讲噬?，是光的衍射現(xiàn)象。(）（2）菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色，是光的折射現(xiàn)象。（）（3)用兩支圓柱形鉛筆并在一起

4、，形成一個狹縫，使狹縫平行于日光燈，會看到彩色的衍射條紋。（)(4）凡是波都有偏振現(xiàn)象。(）(5)反射可以引起自然光的偏振.（）（6)拍攝水中游魚時，在鏡前裝一偏振片是利用光的偏振現(xiàn)象.(）2合作探究-議一議（1)衍射和干涉條紋都是明暗相間的，兩種條紋是否完全一樣?提示：不一樣.衍射條紋是中間最寬、最亮，從中央向兩側(cè)逐漸變窄、變暗；干涉條紋是等間距的條紋,即寬度和亮度相同.(2）自然光和偏振光有什么不同？提示：自然光沿各個方向振動的光波的強度都相同，而偏振光只在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動。三種衍射圖樣的特點比較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,中

5、央條紋最寬，兩邊條紋寬度變窄。(2）縫變窄通過的光變少,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及單縫寬度有關(guān),入射光波長越大,單縫越窄,中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。（4）用白光做單縫衍射時，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（1）圓孔衍射:如圖135。1甲所示,當擋板ab上的圓孔較大時，光屏上出現(xiàn)圖乙所示的圓形亮斑(光的直線傳播)；減小圓孔，光屏上出現(xiàn)光源的像（小孔成像)；當圓孔很小時，光屏上出現(xiàn)圖丙所示的亮、暗相間圓環(huán)（衍射圖樣）。圖135。1（2）圓孔衍射的圖樣特征:單色光的圓孔衍射圖樣:中央亮圓的

6、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。白光的圓孔衍射圖樣：中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環(huán).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，致使影的輪廓模糊不清，若在單色光(如激光）傳播途中放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑.(2）形成泊松亮斑時，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.典例某研究性學習小組用激光束照射圓孔和不透明圓板后，分別得到如圖13.5。2所示的衍射圖樣。據(jù)此可以判斷出(）圖1352a甲是光線射到圓孔后的衍射圖樣，乙是光線射到圓板后的衍射

7、圖樣b乙是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲是光線射到圓板后的衍射圖樣c甲、乙都是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲孔的直徑較大d甲、乙都是光線射到圓板后的衍射圖樣，乙板的直徑較大解析甲圖的衍射圖為明暗相間的圓環(huán)，而乙圖為在影的中心有一個亮斑-泊松亮斑，故甲為光線通過圓孔后形成的衍射圖樣,乙為光線射到不透光的圓板上形成的衍射圖樣，故a正確。答案a衍射圖樣的特征（1)對于衍射條紋的特征用十二個字概括:“中寬邊窄”“中亮邊暗”“中白邊彩”。其中“中白邊彩”只適合于白光光源。(2）各種衍射圖樣的形狀不同，而圖樣的分布規(guī)律、影響因素都是類似的。 1(多選）在單縫衍射實驗中，下列說法中正確的是()a將入射光由黃色換

8、成綠色，衍射條紋間距變窄b使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄c換用波長較長的光照射,衍射條紋間距變寬d增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬解析：選acd當單縫寬度一定時，波長越長,衍射現(xiàn)象越明顯，即光偏離直線傳播的路徑越遠，條紋間距也越大；當光的波長一定時,單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯,條紋間距越大；光的波長一定、單縫寬度也一定時,增大單縫到屏的距離,衍射條紋間距也會變寬，故選項a、c、d正確.2(多選)平行光通過小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較，下列說法中正確的有()a在衍射圖樣的中心都是亮斑b泊松亮斑中心亮點周圍的暗環(huán)較寬c小孔衍射的衍射圖樣的中心是暗斑，泊松亮斑圖樣的中心是亮斑d小孔衍射的

9、衍射圖樣中亮、暗條紋間的間距是均勻的，泊松亮斑圖樣中亮、暗條紋間的間距是不均勻的解析:選ab小孔衍射的圖樣是中心亮點，向外依次為明暗相間的環(huán)狀條紋；泊松亮斑的圖樣是中心亮點，向外是圓板的黑影，再向外是明暗相間的環(huán)狀條紋，如圖所示。3.如圖13.5。3，在“觀察光的衍射現(xiàn)象實驗中，保持縫到光屏的距離不變，增加縫寬,屏上衍射條紋間距將_（選填：“增大”“減小”或“不變”）；該現(xiàn)象表明，光沿直線傳播只是一種近似規(guī)律，只有在_情況下，光才可以看作是沿直線傳播的.圖13。5。3解析:根據(jù)條紋間距由d、l和波長決定可知，增加縫寬，可以使條紋間距離減小;光遇到障礙物時，當障礙物的尺寸與波長接近時，會發(fā)生明顯

10、的衍射現(xiàn)象，當障礙物較大時,光近似沿直線傳播。答案:減小光的波長比障礙物小得多單縫衍射與雙縫干涉的比較1單縫衍射與雙縫干涉的對比單縫衍射雙縫干涉不同點產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象頻率相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度中央條紋最亮，兩邊最暗條紋清晰，亮度基本相等相同點成因都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的結(jié)果意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波2三點提醒（1)單縫衍射可以理解為若干個光源的干涉，從而理解條紋相間排列。（2)光波的波長增大,衍射條紋、干涉條紋的寬度都變大。（3)復色光的

11、衍射或干涉圖樣，可認為各單色光單獨衍射或干涉所成圖樣的疊加。1(多選)如圖13.54甲、乙所示，是單色光通過窄縫后形成明暗相間的兩種條紋圖樣,下列判斷正確的是（）圖13。5。4a甲為單縫衍射的圖樣b乙為雙縫干涉的圖樣c甲為雙縫干涉的圖樣 d乙為單縫衍射的圖樣解析：選ab甲圖中的條紋寬度不等,中央寬,兩側(cè)窄，應(yīng)為單縫衍射圖樣。乙圖中的條紋等寬等距,應(yīng)為雙縫干涉圖樣，故a、b正確，c、d錯誤。2如圖13.55所示的4幅明暗相間的條紋圖樣，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣（黑色部分表示亮紋)。則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏

12、色依次是()圖13。5。5a紅黃藍紫 b紅紫藍黃c藍紫紅黃 d藍黃紅紫解析：選b雙縫干涉條紋是等間距的條紋，單縫衍射條紋是中間最寬、兩邊越來越窄的條紋，因此1、3是干涉條紋，2、4是衍射條紋。干涉條紋中，光的波長越長，條紋越寬，因此1是紅光,3是藍光.同一單縫衍射條紋，波長越長，條紋越寬，因此2是紫光,4是黃光。偏振光的理解及應(yīng)用1自然光與偏振光的對比自然光偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿所有方向，且沿各個方向振動的光強度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿某一特定方向(與起偏器的透振方向一致)2偏振光的產(chǎn)生方式（

13、1）自然光在玻璃、水面等表面反射時,反射光和折射光都是偏振光,入射角變化時偏振的程度也會變化.自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上,如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90時，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直.（2）自然光經(jīng)過偏振片(起偏器)后能形成偏振光。偏振光可以用另一個偏振片(檢偏器)檢驗.3光的偏振的應(yīng)用（1）攝影技術(shù)中的應(yīng)用光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用，如在拍攝日落時水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里陳列物的照片時，由于水面或玻璃表面的反射光的干擾，常使景象不清楚，如果在照相機鏡頭前裝一片偏振濾光片,讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可使反射來的偏振光不能進入

14、照相機內(nèi),從而可拍出清晰的照片。故人們把偏振濾光片叫做攝像機的“門衛(wèi)”。(2）偏振片在汽車擋風玻璃上的應(yīng)用偏振片-汽車司機的福音.在夜間行車時，迎面開來的車燈眩光常常使司機看不清路面，容易發(fā)生事故。如果在每輛車燈玻璃上和司機坐椅前面的擋風玻璃上安裝一片偏振片,并使它們的透振方向跟水平方向成45角，就可以解決這一問題.從對面車燈射來的偏振光,由于振動方向跟司機坐椅前擋風玻璃偏振片的透振方向垂直，所以不會射進司機眼里。而從自己的車燈射出去的偏振光，由于振動方向跟自己的擋風玻璃上的偏振片的透振方向相同，所以司機仍能看清自己的車燈照亮的路面和物體。典例（多選）電子表的顯示屏利用了液晶的旋光性,當液晶上

15、不加電壓時，偏振光通過液晶時偏振方向會旋轉(zhuǎn)90，這就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上電壓，則旋光性消失。有一種電子表的顯示屏是透明的，而在顯示數(shù)字的筆畫處不透光,則關(guān)于該顯示屏，下列說法正確的是()a上下兩個偏振片的透振方向相互垂直b上下兩個偏振片的透振方向相互平行c筆畫處為透明電極，因此加上電壓時變?yōu)椴煌该鞯膁筆畫處沒有電極，其余部分為透明電極審題指導第一個偏振片為起偏器，液晶有旋光性(加電壓時消失)，第二個偏振片為檢偏器。解答本題的關(guān)鍵在于分析光的偏振方向的變化。解析假設(shè)光從下向上傳播,光線通過下偏振片時成為偏振光，如果不加電壓，偏振光通過液晶時偏振方向旋轉(zhuǎn)90，此時光線能透過上偏振片,可

16、知上偏振片的透振方向應(yīng)與此時偏振光的偏振方向相同，即與下偏振片的透振方向垂直,選項a正確，b錯誤；組成數(shù)字的筆畫處有時透明，有時不透明，可知筆畫處為透明電極，當加上電壓時液晶旋光性消失，光線不能透過，選項c正確，d錯誤。答案ac(1）自然光通過偏振片后變成偏振光。（2)當偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角不同時，通過偏振片的光的強度不同。(3)當偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角為90時，將無光通過偏振片. 1關(guān)于自然光和偏振光，下列觀點正確的是（)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

17、光底片感光解析：選d振動沿各個方向均勻分布的光是自然光，而振動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。光的偏轉(zhuǎn)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.光的顏色由光的頻率決定，與光的振動方向無關(guān)，所以c錯。自然光和偏振光都具有能量,都能使感光底片感光，d正確。2在拍攝日落時水面下的景物時，應(yīng)在照相機鏡頭前裝一個偏振片,其目的是（)a減弱反射光，從而使景物的像清晰b增強反射光，從而使景物的像清晰c增強透射光，從而使景物的像清晰d減弱透射光,從而使景物的像清晰解析：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

18、的目的是減弱反射光，且透振方向與反射光的振動方向垂直，但不能增強透射光。 3. (多選）在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個偏振片p和q，在q的后邊放上光屏，如圖13。5。6所示，則下列說法正確的是()圖13.5。6aq不動，旋轉(zhuǎn)偏振片p，屏上光的亮度不變bq不動,旋轉(zhuǎn)偏振片p，屏上光的亮度時強時弱cp不動，旋轉(zhuǎn)偏振片q,屏上光的亮度不變dp不動，旋轉(zhuǎn)偏振片q，屏上光的亮度時強時弱解析：選bdp是起偏器，它的作用是把太陽光（自然光)轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆?，該偏振光的振動方向與p的透振方向一致，所以當q與p的透振方向平行時，通過q的光強最大；當q與p的透振方向垂直時通過q的光強最小，即無論旋轉(zhuǎn)p或q，屏上

19、的光強都是時強時弱。 1(多選)下列說法中正確的是(）a光振動沿各個方向均勻分布的光是自然光b光振動沿各個方向均勻分布的光是偏振光c光振動沿特定方向的光才是偏振光d光振動沿特定方向的光才是自然光解析：選ac根據(jù)自然光、偏振光的概念易判斷出選項a、c正確。2對衍射現(xiàn)象的定性分析,不正確的是（)a光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物發(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)象為光的波動說提供了有力的證據(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d衍射現(xiàn)象是波繞過障礙物發(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a、b、c正確；光的直線傳播

20、只是近似的，只有在光的波長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d錯誤。3(多選）關(guān)于自然光和偏振光，以下說法正確的是（)a自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，但是沿各個方向振動的光波的強度可以不同b偏振光是垂直于傳播方向上，只沿著某一特定方向振動的光c自然光透過一個偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個偏振片后又還原為自然光d太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光解析：選bd自然光沿各振動方向的光波的強度相同，a錯誤；偏振光在垂直于傳播方向上，只沿某一特定方向振動，b正確;自然光透過偏振片后成為偏振光,偏振光透過偏振片

21、后不能還原為自然光，c錯誤；太陽、電燈等普通光源發(fā)出的是自然光,d正確。4（多選)如圖所示，一束自然光通過起偏器照射到光屏上，則圖中光屏上發(fā)亮的有(起偏器上用箭頭表示其透射方向)（)解析：選abd自然光通過偏振片后成為偏振光，當偏振光的振動方向與偏振片的透振方向平行時能夠通過，垂直時不能通過，所以a、b、d正確。5。 （多選)如圖1所示,a、b為兩偏振片， 一束自然光沿oo方向射向a，此時在光屏c上透射光的強度最大，則下列說法中正確的是（)圖1a此時a、b的偏振方向平行b只有將b繞oo軸順時針旋轉(zhuǎn)90，屏上透射光的強度最弱，幾乎為零c將a或b繞oo軸旋轉(zhuǎn)90時,屏上透射光的強度最弱，幾乎為零d

22、將a沿順時針方向旋轉(zhuǎn)180時，屏上透射光的強度最弱，幾乎為零解析：選ac當兩偏振片平行時，透射光強度最強,當兩偏振片垂直時，透射光強度最弱，幾乎為零，故選項a、c正確.6如圖2所示，甲、乙兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖像，其中圖甲是光的_(選填“干涉”或“衍射)圖像。由此可以判斷出圖甲所對應(yīng)的圓孔的孔徑_(選填“大于”或“小于”）圖乙所對應(yīng)的圓孔的孔徑。圖2解析:根據(jù)甲圖中圖樣的特點可知甲圖為單孔衍射的圖樣。乙圖中只有一個圓形亮斑，周圍沒有衍射條紋說明乙圖所對應(yīng)的情景中沒有發(fā)生明顯衍射,說明孔的尺寸比波長大得多。答案：衍射小于7如圖3所示是一種利用光纖溫度傳感器測量溫度的裝置，一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化,光纖的長度、芯徑、折射率發(fā)生變化，從而使偏振光的振動方向發(fā)生變化,光接收器接收的光強度就會變化。設(shè)起偏器和檢偏器透振方向相同，關(guān)于這種溫度計的工作原理。正確的說法是（）圖3a到達檢偏器的光的振動方向變化越小，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越大b到達檢偏器的光的振動方向變化越大，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越大c到達檢偏器的光的振動方向變化越小,光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越小d到達檢偏器的光的振動方向變化