2017-2018學年高中物理 第五章 光的波動性 第、節(jié) 光的衍射與偏振 激光教學案 教科版選修-

1、學必求其心得，業(yè)必貴于專精第3、4節(jié) 光的衍射與偏振_激光1.障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長相差不多時，光將發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。2單色光的單縫衍射圖像是中央一條較寬較亮的條紋,兩邊是對稱而明暗相間的條紋，亮條紋的強度向兩邊很快減弱。白光通過單縫產(chǎn)生的衍射圖像中央是一條白條紋，兩邊是很快減弱的彩色條紋。3自然光透過偏振片后形成線偏振光，偏振光通過偏振片的情況與光的偏振方向和偏振片的偏振方向的夾角有關。4激光是人工產(chǎn)生的相干光，是原子受激輻射產(chǎn)生的光,具有頻率單一、強度大、相干性好等特點。光 的 衍 射自讀教材抓基礎(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,在屏上應該

2、出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)亮條紋或亮斑,應該屬于亮區(qū)的地方也會出現(xiàn)暗條紋或暗斑。(2)衍射圖樣：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，中央為一條較寬較亮的條紋,兩邊是對稱而明暗相間的條紋,亮條紋的強度向兩邊很快減弱。白光通過狹縫時，中央為白條紋。兩邊是很快減弱的彩色條紋.(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。跟隨名師解疑難1三種衍射圖樣的特點比較(1）單縫衍射圖樣:中央條紋最亮，越向兩邊越暗；條紋

3、間距不等，越靠外，條紋間距越小。縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮紋的亮度降低。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，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。用白光做單縫衍射時，中央亮條紋仍然是最寬最亮的白條紋。（2)圓孔衍射圖樣：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531所示。圖531圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱。用不同色光照射圓孔時,得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮斑的直徑越大。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).

4、只有圓孔足夠小時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程中，光屏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）：中央是亮斑。周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小。2單縫衍射和雙縫干涉的比較名稱項目單縫衍射雙縫干涉區(qū)別產(chǎn)生條件障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長差不多頻率、振動方向相同，相位差恒定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，越靠外條紋間距越小各相鄰條紋等間距亮度中央條紋最亮,兩邊變暗清晰條紋，亮度基本相等聯(lián)系干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象干

5、涉、衍射都有明暗相間的條紋,條紋都是光波疊加時加強或者削弱的結果學后自檢(小試身手）在光的單縫衍射實驗中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣，圖532四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是(）圖532aa、cbb、cca、d db、d解析:選da圖中是等間距的光的干涉圖樣，b圖是單色光的單縫衍射圖樣,c圖是水波的衍射圖樣,d圖是白光的單縫衍射圖樣，可見d正確。光 的 偏 振自讀教材抓基礎1偏振片由特定的材料制成,每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿這個方向振動的光波才能通過偏振片，這個方向叫做透振方向。偏振片對光波的作用就像狹縫對于機械波的作用一樣.2光的分類(1)自然光:太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光,包

6、含著大量的、振動方向不同而互不相干的線偏振光。(2)線偏振光自然光通過偏振片后，只有振動方向與偏振片的透光方向平行的成分才能通過，得到的就是線偏振光。3結論光的偏振現(xiàn)象證實光是橫波。跟隨名師解疑難1自然光與偏振光的對比自然光（非偏振光)偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過偏振片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（與偏振片的透振方向一致)2。偏振光的產(chǎn)生方式(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的交界面上

7、，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,且是完全偏振光，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。學后自檢(小試身手）關于自然光和偏振光，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由定義可知，自然光沿著各個方向振動的光波的強度都相同，故a

8、錯誤。自然光透過一個偏振片成為偏振光，但偏振光經(jīng)過偏振片是不可以轉化為自然光的，故c錯誤。激光自讀教材抓基礎1激光原子受激輻射產(chǎn)生的光，它是人工產(chǎn)生的相干光.2激光的特點(1）強度大：激光的強度可達1017w/cm2。(2）方向性好:激光光束的發(fā)散角為103rad數(shù)量級。(3)單色性好:激光的譜線寬度可窄達108nm.(4）相干性好：一束激光中所有光的頻率相同，振動完全相同。(5）覆蓋波段寬而且可調諧.3激光的應用激光加工、激光全息照相、激光檢測、激光通信、激光醫(yī)學、激光照排、光盤等。跟隨名師解疑難1光的產(chǎn)生：原子獲得能量后處于不穩(wěn)定狀態(tài)，會以光子的形式向外發(fā)射能量,這個能量就是光。2自然光：

9、一般光源自發(fā)地發(fā)出光,所發(fā)出的光頻率不一、相差不穩(wěn)定、方向不同。這種光是自然光，即普通光.3激光：原子受到外來光子的激發(fā)，會發(fā)射出與這個外來光子“四同”(同頻率、同相差、同偏振、同傳播方向)的光,這種光就是激光。4激光的特點及其應用：特點(與普通光）特點內(nèi)容應用相干性好頻率單一，相差恒定,易發(fā)生干涉現(xiàn)象，可像無線電波一樣調制光纖通信光的干涉激光全息照相方向性激光的方向性非常好，是一束幾乎不發(fā)散的平行光，可以會聚到很小的點上測距和跟蹤目標dvd、cd唱片、計算機光盤強度大激光能在很小的空間、很短的時間內(nèi)集中很大的能量“光刀”激發(fā)核反應學后自檢(小試身手）關于激光與自然光，下列說法正確的是(）a激

10、光是只含一種頻率的光,而自然光是含有各種色光頻率的光，所以激光的相干性好b自然光是由物質的原子發(fā)射出來的，而激光是人工產(chǎn)生的，所以激光不是由物質的原子發(fā)射出來的c激光和自然光都是橫波d相干性好是激光與自然光的根本區(qū)別解析:選cd激光的頻率也有一定的范圍,不能錯誤地理解激光單色性好的含義，所有的光都是由物質的原子發(fā)射的，故a、b錯誤。不論是什么光都是橫波，c正確。由激光的特點可知，激光具有相干性，而自然光沒有這個特點，則d正確。對衍射現(xiàn)象的理解典題例析1觀察單縫衍射現(xiàn)象時,把縫寬由0。2 mm逐漸增大到0。8 mm,看到的現(xiàn)象是（）a衍射條紋的間距逐漸變小，衍射現(xiàn)象逐漸不明顯b衍射條紋的間距逐漸

11、變大,衍射現(xiàn)象越來越明顯c衍射條紋的間距不變，只是亮度增強d以上現(xiàn)象都不會發(fā)生思路點撥清楚發(fā)生明顯衍射的條件；衍射圖樣在單縫寬度變化時的變化規(guī)律。解析：由單縫衍射實驗的調整與觀察可知,狹縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯,衍射條紋越寬，條紋間距也越大，將縫調寬，現(xiàn)象向相反方向變化，故選項a正確。答案：a探規(guī)尋律狹縫寬度越小,光衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋越寬，但因通過狹縫的光的能量減小，衍射條紋亮度減弱，因此,觀察衍射現(xiàn)象時,并不是狹縫越窄越好。跟蹤演練 在單縫衍射實驗中，下列說法中正確的是（）a將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋間距變小(黃綠)b使單縫寬度變小，衍射條紋間距變小c換用波長較長的光照射，衍射

12、條紋間距變大d增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變大解析: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a、c、d均正確，b錯誤。對光的偏振的認識典題例析2奶粉的碳水化合物(糖）的含量是一個重要指標，利用旋光儀這種儀器可以用來測量糖溶液的濃度，從而測定含糖量。其原理是:偏振光通過糖的水溶液后，若迎著射來的光線看，偏振光的偏振方向會以傳播方向為軸線,旋轉一個角度,這一角度稱為“旋光角”，的值與糖溶液的濃度有關，將

13、的測量值與標準值相比較,就能確定被測樣品的含糖量了。如圖533所示,s是自然光源，a、b是偏振片，繞中心軸轉動偏振片b，使到達o處的光最強，然后將被測樣品p置于a、b之間。則下列說法中正確的是（）圖533a到達o處光的強度會明顯減弱b到達o處光的強度不會明顯減弱c將偏振片b轉動一個角度，使得o處光的強度最大，則偏振片b轉過的角度等于d將偏振片a轉動一個角度，使得o處光的強度最大,則偏振片a轉過的角度等于思路點撥光線經(jīng)過被測樣品后，偏振方向旋轉了角度，要使光能穿過兩偏振片，則a、b相差的角度也需是角.解析:根據(jù)題意可知，開始a、b兩偏振片的透光方向相同，當被測樣品置于a、b之間時,光線旋轉一個角

14、度，因此到達o處光的強度會明顯減弱；為了使得o處的光線強度最大，則必須將其中一個偏振片旋轉角度,使光線穿過偏振片時,光的偏振方向與偏振片的透光方向一致，故a、c、d正確。答案：acd探規(guī)尋律（1)自然光通過偏振片后，光的強度相同偏振方向可以不同。(2)偏振光通過偏振片時，透光的強度與偏振方向和透振方向的夾角大小有關。跟蹤演練如圖534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）（）圖534解析：選abd自然光通過起偏器后變?yōu)槠窆猓苷樟凉馄?，a、b正確;偏振光經(jīng)過偏振片時，若偏振方向相互垂直，則無光通過,光屏上無亮光，c錯誤，d正確。激光的應

15、用典題例析3一種紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道閃光,每道閃光稱為一個光脈沖。若這種激光器光脈沖的持續(xù)時間為1。01011 s，波長為694.3 nm，發(fā)射功率為1.01010 w，問:（1）每個光脈沖的長度是多少？(2）用紅寶石激光器照射皮膚上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量達到60 j以后，便逐漸消失。一色斑的面積為50 mm2，則它要吸收多少個紅寶石激光脈沖,才能逐漸消失?思路點撥（1)光脈沖的速度大小等于c。（2）明確每個光脈沖的能量與脈沖個數(shù)的關系。解析：（1）光脈沖持續(xù)的時間為一個光脈沖所需的時間，所以一個光脈沖的長度為lct3。01081。01011 m3。0103 m（2）

16、一個光脈沖所攜帶的能量為ept1。010101。01011 j0.1 j消除面積為50 mm2的色斑需要光脈沖數(shù)為n 個300個答案：（1）3。0103 m(2）300個跟蹤演練一臺激光器，它的功率為p,如果它發(fā)射出的單色光在空氣中的波長為,則這束單色光的頻率是_，它在時間t內(nèi)輻射的光能為_.如果已知這束單色光在某介質中的傳播速度為v,那這束單色光從該介質射向真空發(fā)生全反射的臨界角為_.解析：根據(jù)vf可得這束單色光的頻率f；激光器在時間t內(nèi)所做的功wpt轉化為光能.這束單色光對該介質的折射率n,設它從該介質射向真空發(fā)生全反射的臨界角為c,則sin c，所以有carcsin 。答案:ptarcs

17、in 課堂雙基落實1關于光的衍射現(xiàn)象,下面說法正確的是()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紅暗相間的直條紋c光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明光發(fā)生了衍射d光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑,說明光沿直線傳播，不存在光的衍射解析：選ac單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋。光照到不透明小圓盤上，在其陰影處出現(xiàn)光點，是衍射現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，選項d中屏上大光斑只是衍射現(xiàn)象不明顯,不能認為不存在衍射現(xiàn)象.2下圖535為紅光或紫光通過雙縫或單縫所呈現(xiàn)的圖樣，則（)圖535a甲為紫光的干涉圖樣b乙為紫光的干涉圖樣c丙為紅

18、光的干涉圖樣 d丁為紅光的干涉圖樣解析：選b光通過雙縫產(chǎn)生干涉圖樣,通過單縫產(chǎn)生衍射圖樣,選項c、d錯誤。而干涉圖樣為明暗相間的條紋，且條紋間距為x,光的波長越長，條紋間距越大,紫光的波長短，因而紫光干涉圖樣的條紋間距小,選項b正確。3激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特點，在科學技術和日常生活中應用廣泛，下面關于激光的敘述正確的是（)a激光是縱波b頻率相同的激光在不同介質中的波長相同c兩束頻率不同的激光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象d利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離解析：選d激光是一種光，是橫波，a錯誤；頻率相同的激光在不同介質中的波長不同，b錯誤；兩束頻率不同的激光不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，c錯誤

19、；利用激光平行度好的特點可以測距，d正確.4（江蘇高考)如圖536所示，白熾燈的右側依次平行放置偏振片p和q,a點位于p、q之間，b點位于q右側。旋轉偏振片p，a、b兩點光的強度變化情況是_。圖536aa、b均不變 ba、b均有變化ca不變，b有變化 da有變化，b不變解析：選c因白熾燈發(fā)出的光為自然光，含各個方向的偏振光，且各個方向的偏振光的強度都相同,偏振片p和q都只允許特定方向的偏振光通過，不管偏振片p旋轉到任何位置都有光線通過,而且強度不變,所以a點的光的強度不變，當自然光通過偏振片p后變?yōu)槠窆?，再通過偏振片q，旋轉偏振片p，當偏振片p和q允許通過的方向相同,則b點最亮，當偏振片p和

20、q允許通過的方向垂直時，b點最暗,所以b點光的強度會發(fā)生變化。所以只有c正確.課下綜合檢測1以下哪些現(xiàn)象可以說明光波是橫波(）a光的干涉b光的偏振c光的色散 d光的反射解析：選b光的干涉表明光的波動性,即光是一種波，選項a錯。光的偏振表明光是橫波,因為只有橫波能發(fā)生光的偏振現(xiàn)象，選項b正確。光的色散可表明光是單色光還是復色光，選項c錯。光的反射不能說明啥問題，選項d錯.2沙塵暴是由于土地的沙化引起的惡劣的氣象現(xiàn)象，發(fā)生沙塵暴時能見度只有幾十米，天空變黃發(fā)暗，這種情況是由于(）a只有波長較短的一部分光才能到達地面b只有波長較長的一部分光才能到達地面c只有頻率較大的一部分光才能到達地面d只有頻率較

21、小的一部分光才能到達地面解析:選bd據(jù)光發(fā)生明顯衍射的條件知，發(fā)生沙塵暴時，只有波長較長的一部分光能到達地面；根據(jù)知,到達地面的光的頻率是較小的部分，故b、d正確。3在楊氏干涉實驗裝置的雙縫后面各放置一個偏振片，若兩個偏振片的偏振方向相互垂直，則有（)a光屏上仍有干涉條紋，但亮條紋的亮度減小b光屏上仍有干涉條紋，但亮條紋的亮度增大c干涉條紋消失,光屏上一片黑暗d干涉條紋消失，但仍有光射到光屏上解析：選d由于兩個偏振片的偏振方向相互垂直，所以經(jīng)偏振片后的兩束光的振動方向不再相同，不滿足干涉條件,但仍有光到達光屏上。4兩個偏振片緊靠在一起，將它們放在一盞燈前面以致沒有光通過。如果將其中的一片旋轉1

22、80，在旋轉的過程中,將會產(chǎn)生 (）a透過偏振片的光先增強，然后又減小到零b透過偏振片的光先增強，然后又減小到非零的最小值c透過偏振片的光在整個過程中都增強d透過偏振片的光先增強，再減弱，然后又增強解析：選a本題考查起偏器和檢偏器的作用.當兩個偏振片的偏振方向垂直時，沒有光通過;當兩個偏振片的偏振方向平行時，通過的光達最強。將其中的一片旋轉180的過程中,兩偏振片的偏振方向由垂直到平行再到垂直，所以通過的光先增強，然后又減小到零。5激光散斑測速是一種嶄新的測速技術,它應用了光的干涉原理。用二次曝光照相所獲得的“散斑對相當于雙縫干涉實驗中的雙縫，待測物體的速度與二次曝光時間間隔的乘積等于雙縫間距。實驗中可測得二次曝光時間間隔t、雙縫到屏之距離l以及相鄰兩條亮紋間距x。若所用激光波長為，則該實驗確定物體運動速度的表達式是(）av bvcv dv解析：選b雙縫干涉相鄰亮（或暗)條紋間距x,又由dvt可得v，選項b對.6如圖1所示，一玻璃柱體的橫截面為半圓形，讓太陽光或白熾燈光通過狹縫s形成細光束從空氣射向柱體的o點（半圓的圓心)，產(chǎn)生反射光束1和透射光束2.現(xiàn)保持入射光不變，將半圓柱繞通過o點垂直于紙面的軸線轉動,使反射光束1和透射光束2恰好垂直。在入