高中物理 第4章 光的波動性 4.3 光的衍射 光的偏振與立體電影案 滬科3-4

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGEPAGE1學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精3光的衍射光的偏振與立體電影[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.認識光的衍射現(xiàn)象，知道產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件及衍射條紋的特點.2.了解衍射光柵及它產(chǎn)生衍射時的圖樣特點。3.認識光的偏振現(xiàn)象,知道光是橫波。4.知道偏振光和自然光的區(qū)別，了解偏振現(xiàn)象在生產(chǎn)與生活中的一些應(yīng)用,如立體電影、液晶顯示屏等．1．波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫波的衍射．產(chǎn)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長小,或跟波長相差不多．2．橫波是質(zhì)點振動方向跟波的傳播方向垂直的波．縱波是質(zhì)點振動方向跟波的傳播方向在同一直線上的波．3．光的衍射:光在傳播過程中遇到障礙物時，繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象．4．產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的原因：單縫衍射是來自單縫的光波波陣面上無窮多個子波的相干疊加．從本質(zhì)上講，干涉和衍射并沒有區(qū)別，但一般來說，人們常把幾個分立光束的相干疊加叫做干涉;而把波陣面無窮多個子波的相干疊加叫做衍射．5．衍射光柵(1)光柵:許多等寬的狹縫等距離地排列的光學(xué)元件．(2）光柵衍射的圖樣：是許多平行的明暗相間的條紋，減小縫間距離,則條紋間距增大；增多縫數(shù)，明暗條紋變得更為清晰．6．自然光和偏振光自然光（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（與起偏器透振方向一致）7.立體電影的原理人們觀察物體時，產(chǎn)生立體感的主要原因是兩眼的視差．在拍攝立體電影時，用兩個攝影機，兩個攝影機的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時分別拍下同一物體的兩個畫像．在放映時，兩個放映機每個鏡頭上各放一個偏振片，如圖1所示，兩個偏振片的透振方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片的透振方向與左面放映機上的偏振方向相同，右眼偏振片的透振方向與右面放映機上的偏振方向相同，這樣，銀幕上的兩個畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體感的影像了．圖18．液晶顯示屏應(yīng)用了光的偏振現(xiàn)象,它的分辨率高，壽命長，功耗低,沒有X射線和電磁輻射.一、光的衍射［問題設(shè)計]1．將雙縫干涉儀上的雙縫撤去，留下單縫,我們用測微目鏡觀察屏上的圖樣時，仍能看到明暗相間的條紋，這種條紋與雙縫干涉圖像相同嗎？它有什么明顯特點？答案不相同,它明顯的特點是中央亮條紋最寬最亮，兩側(cè)條紋對稱且逐漸變窄變暗．2．根據(jù)單縫由寬變窄的規(guī)律更換單縫屏，我們會觀察到屏上的條紋有什么變化?答案單縫越窄，得到的條紋寬度、條紋間距都越大．[要點提煉]1．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件在障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還要小的時候，就會出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象．2．三種衍射現(xiàn)象（1)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．（2）圓孔衍射：光通過小孔(孔很?。r在屏幕上會出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)．（3)泊松亮斑：圓形障礙物的衍射現(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．若在單色光傳播路徑中，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．3．光的衍射現(xiàn)象和光的直線傳播的關(guān)系光的直線傳播只是一個近似的規(guī)律，當(dāng)光的波長比障礙物或小孔小的多時，光可以看成沿直線傳播；當(dāng)小孔或障礙物尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還要小時，衍射現(xiàn)象就十分明顯．［延伸思考]衍射現(xiàn)象明顯就是衍射條紋更亮嗎?答案衍射現(xiàn)象明顯是指光繞到陰影區(qū)域的范圍更大，隨著縫、孔的減小,衍射條紋的寬度增大，但條紋亮度減弱．例1觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2mm逐漸增大到0。8mm，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)生解析由單縫衍射實驗的調(diào)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，本題是將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反的方向發(fā)展，故選項A正確,B、C、D錯誤．答案A二、單縫衍射與雙縫干涉的比較[問題設(shè)計]單縫衍射和雙縫干涉得到的都是明暗相間的條紋，如何區(qū)別它們？答案它們的主要區(qū)別是：單縫衍射的條紋寬度不等，中央最寬，條紋間距不等；雙縫干涉的條紋寬度相等，條紋間距相等．［要點提煉］單縫衍射與雙縫干涉的比較兩種現(xiàn)象比較項目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，中央條紋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情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，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)果條紋的變化縫越窄，條紋寬度、條紋間距越大;波長越長,條紋寬度、條紋間距越大意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波例2如圖2所示的4幅明暗相間的條紋，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)．則在下面的四幅圖中從左到右排列，亮條紋的顏色依次是(）圖2A．紅黃藍紫 B．紅紫藍黃C．藍紫紅黃 D．藍黃紅紫解析雙縫干涉條紋平行等距，且波長越大，條紋間距越大，而紅光波長大于藍光波長,故第一幅圖為紅光，第三幅圖為藍光;又由于黃光波長比紫光波長大,故第四幅圖為黃光的衍射圖樣，第二幅為紫光的衍射圖樣．答案B三、光的偏振［問題設(shè)計］取一根軟繩，一端固定在墻上，手持另一端上下抖動,軟繩上形成一列橫波,質(zhì)點在豎直平面內(nèi)沿著上下方向振動．如果手持繩的一端左右抖動,會在繩上形成另一列橫波，質(zhì)點在水平平面內(nèi)沿著左右方向振動．現(xiàn)在讓軟繩穿過一塊帶有狹縫的木板，分別將狹縫與振動方向平行放置及與振動方向垂直放置,觀察發(fā)生的現(xiàn)象(如圖3甲、乙所示)．如果將這根繩換成細軟的彈簧，前后推動彈簧形成縱波，觀察發(fā)生的現(xiàn)象(如圖3丙所示）．圖3這兩種現(xiàn)象說明什么?答案當(dāng)機械波是橫波時，若質(zhì)點的振動方向與狹縫平行時，則機械波能透過狹縫傳播，反之則不能透過狹縫傳播．對縱波而言，不管什么情況，縱波總能透過狹縫傳播．［要點提煉］1．橫波、縱波的判定方法（1)直接看質(zhì)點的振動方向與波傳播方向的關(guān)系．若相互垂直，為橫波；若在同一直線上，為縱波，這種方法適用于可看得見質(zhì)點振動方向的機械波．(2)看波能否通過兩個相互垂直且共線的“狹縫"，能通過兩個“狹縫”的為縱波，不能通過的為橫波．(填“能"或“不能”)2．感知光的偏振現(xiàn)象通過偏振片P的偏振光在通過偏振片Q時，如果兩個偏振片的透振方向平行，則通過P的偏振光的振動方向跟偏振片Q的透振方向一致，透射光的強度最強．如果兩個偏振片的透振方向垂直,則通過P的偏振光的振動方向跟偏振片Q的透振方向垂直，偏振光不能通過Q，透射光的強度為零．如圖4所示．圖43．光的偏振現(xiàn)象表明，光是一種橫波．例3奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量．偏振光通過糖的水溶液后,偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較,就能確定被測樣品的含糖量了．如圖5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動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5A．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(zhuǎn)動一個角度,使得O處光強度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD．將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α解析因為A、B的偏振方向一致，故A、B間不放糖溶液時，自然光通過偏振片A后,變成偏振光,通過B后到達O.當(dāng)在A、B間放糖溶液，由于溶液的旋光作用，使通過A的偏振光振動方向轉(zhuǎn)動了一定角度，不能再通過B,A對，B錯．但當(dāng)B轉(zhuǎn)過一個角度，恰好使偏振片方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光振動方向一致時，O處光強為最強,故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度．所以C對．同理D也對．答案ACD針對訓(xùn)練如圖6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6A．此時A、B的透振方向平行B．只有將B繞OO′軸順時針旋轉(zhuǎn)90°，屏上透射光的強度才會最弱，幾乎為零C．不論將A或B繞OO′軸旋轉(zhuǎn)90°，屏上透射光的強度最弱，幾乎為零D．將A沿順時針旋轉(zhuǎn)180°，屏上透射光的強度最弱，幾乎為零答案AC解析當(dāng)A、B兩偏振片的透振方向平行時，光屏上的光強度最大;當(dāng)二者透振方向垂直時,光屏上的光強度最小，幾乎為零，由此可知A、C選項正確．1．在用單色平行光照射單縫觀察衍射現(xiàn)象的實驗中，下列說法正確的是(）A．縫越窄，衍射現(xiàn)象越明顯B．縫越寬，衍射現(xiàn)象越明顯C．入射光的波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯D．入射光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越明顯答案AC2．關(guān)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，說明光沿著直線傳播，不存在光的衍射答案AC解析單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是明暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋．光照到不透明小圓盤上,在其陰影中心處出現(xiàn)亮點，是衍射現(xiàn)象．光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，D項中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認為不存在衍射現(xiàn)象．3．將兩個偏振片緊靠在一起，放在一盞燈的前面，眼睛通過偏振片看到的光很弱．如果將其中一個偏振片旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過程中會觀察到（）A．燈光逐漸增強，然后逐漸減弱B．燈光強度保持不變C．燈光逐漸增強,沒有減弱現(xiàn)象D．燈光逐漸增強,再減弱，然后增強到最亮答案A解析眼睛通過兩偏振片看到的光很弱,是因為兩偏振片的透振方向垂直，在旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片的過程中,透振方向逐漸一致，光逐漸增強,當(dāng)兩個偏振片的透振方向一致時，光線最強，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)偏振片，透振方向又逐漸偏離,光線逐漸減弱．所以選項A正確．4．在拍攝日落時分水面下的景物時，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答案A解析讓偏振片的透振方向與反射光的偏振方向垂直,減弱反射光進入鏡頭，使水下景物的像清晰．[基礎(chǔ)題］1．對光的衍射現(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偏離直線傳播的現(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)論答案D解析根據(jù)光的衍射現(xiàn)象的定義可知選項A正確；衍射圖中有亮、暗條紋，這是不同處通過的光疊加的結(jié)果，加強區(qū)為亮條紋，減弱區(qū)為暗條紋,選項B正確；因為衍射也是波特有的現(xiàn)象，所以光的衍射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為光的波動說提供了有力證據(jù)，選項C正確;當(dāng)障礙物較大時，光的衍射很弱,光幾乎沿直線傳播，即光的直線傳播只是特殊情況下的近似，二者是統(tǒng)一的,選項D錯誤．2．在單縫衍射實驗中，下列說法正確的是(）A．其他條件不變，將入射光由黃色換成綠色,衍射條紋間距變窄B．其他條件不變,使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C．其他條件不變，換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬D．其他條件不變，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬答案ACD解析當(dāng)單縫寬度一定時，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯,條紋間距也越大，黃光波長大于綠光波長，所以A、C正確；當(dāng)光的波長一定時，單縫寬度越小,衍射現(xiàn)象越明顯,衍射條紋間距也會變寬,B錯誤；當(dāng)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，D正確．3．用單色光通過小圓盤與小圓孔做衍射實驗時，在光屏上得到衍射圖樣，它們的特點是()A．用小圓盤時中央是暗的，用小孔時中央是亮的B．用小圓盤時中央是亮的，用小孔時中央是暗的C．中央均為亮點的同心圓條紋D．中央均為暗點的同心圓條紋答案C解析小圓孔衍射圖樣，中央是亮的，亮點周圍是明暗相間的同心圓環(huán)狀條紋；小圓盤衍射圖樣，中央也是亮的,叫泊松亮斑，亮斑周圍也有明暗相間的同心圓條紋，故只有C正確，A、B、D均錯誤．4．在光的單縫衍射實驗中可觀察到清晰的明暗相間的圖樣，圖1的四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是()圖1A．a(chǎn)、cB．b、cC．a(chǎn)、dD．b、d答案D解析單縫衍射條紋的特點是中央亮條紋最寬、最亮，雙縫干涉條紋的特點是等間距的條紋，所以a是干涉條紋，b、d是單縫衍射條紋，c是水波的衍射圖樣．5．點光源照在一個剃須刀片上,在屏上形成了它的影子，其邊緣較為模糊，原因是()A．光的反射 B．光強太小C．光的干涉 D．光的衍射答案D6．光的偏振現(xiàn)象說明了（）A．光是一種橫波 B．光是一種縱波C．光是一種電磁波 D．光波的波長很短答案A7．除了從太陽、電燈等光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是不同程度的偏振光．自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時（）A．反射光和折射光都是偏振光B．只有反射光是偏振光C．反射光中振動方向垂直于紙面的光較強D．反射光中振動方向在紙面內(nèi)的光較強答案AC8．如圖2所示，P是一偏振片，P的透振方向（用帶有箭頭的實線表示)為豎直方向．下列四種入射光束中，哪幾種照射P時能在P的另一側(cè)觀察到透射光(）圖2A．太陽光B．沿豎直方向振動的光C．沿水平方向振動的光D．沿與豎直方向成45°角振動的光答案ABD解析太陽光是自然光，沿各個方向振動的光都有,所以在偏振片另一側(cè)可看到透射光；沿豎直方向振動的光，與P的透振方向相同，能透過偏振光；沿與豎直方向成45°角振動的光,有部分能透過偏振片P,故A、B、D正確．9．下面關(guān)于光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用正確的是（）A．自然光通過起偏器后成為偏振光，利用檢偏器可以檢驗出偏振光的振動方向B．立體電影利用了光的偏振現(xiàn)象C．茶色眼鏡利用了光的偏振