人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案2：4 5-4 6 光的衍射 光的偏振 激光

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE14.5-4.6光的衍射光的偏振激光〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解光的衍射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象，知道激光的特性，知道自然光和偏振光的區(qū)別。2.借助實(shí)例分析推理知道光是橫波，通過觀察得出光明顯衍射的條件。3.經(jīng)歷光的偏振實(shí)驗(yàn)的過程，體會偏振光的特性。4.通過生活中實(shí)例觀察，引導(dǎo)學(xué)生體會物理之美，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。〖知識梳理〗知識點(diǎn)一光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當(dāng)縫很窄時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當(dāng)寬的地方。這就是光的衍射現(xiàn)象。2．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，出現(xiàn)明暗相間的條紋。3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：在障礙物的尺寸跟光的波長相當(dāng)，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象十分明顯。4．衍射光柵(1)結(jié)構(gòu)：由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學(xué)儀器。(2)衍射圖樣特點(diǎn)：與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。知識點(diǎn)二光的偏振1．自然光和偏振光(1)自然光：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，而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)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。2．光的偏振偏振現(xiàn)象只有沿偏振片的“透振方向”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①自然光通過偏振片后，得到偏振光②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(jī)鏡頭前知識點(diǎn)三激光特點(diǎn)性質(zhì)應(yīng)用相干性只有頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的光才是相干光。激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度激光的平行度非常好，在傳播很遠(yuǎn)的距離后仍能保持一定的強(qiáng)度精確的測距高亮度它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量用激光束切割、焊接；醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”〖考點(diǎn)剖析〗一、光的衍射情景1：取3塊不透光的板，在每塊板的中間各開1個圓孔，3塊板所開的圓孔大小不一。先用點(diǎn)光源照射圓孔最大的那塊板，在屏上會出現(xiàn)一個明亮的圓形光斑圖a；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖b；最后用圓孔最小(直徑約為1mm)的那塊板，在屏上會出現(xiàn)圖c。(1)圖b中的屏上產(chǎn)生了什么現(xiàn)象？(2)比較屏上圖b和圖c說明了什么？1．產(chǎn)生明顯衍射的條件障礙物的尺寸可以跟光的波長相近或比光的波長還要小時能產(chǎn)生明顯的衍射。對同樣的障礙物，波長越長的光，衍射現(xiàn)象越明顯；對某種波長的光，障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯。由于波長越長，衍射性越好，所以觀察到聲波的衍射現(xiàn)象就比觀察到光波的衍射現(xiàn)象容易得多。2．三種不同的衍射現(xiàn)象及特點(diǎn)(1)單縫衍射①現(xiàn)象：如圖所示，點(diǎn)光源S發(fā)出的光經(jīng)過單縫后照射到光屏上，若縫較寬，則光沿直線傳播，傳播到光屏上的AB區(qū)域；若縫足夠窄，則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區(qū)，在AA′、BB′區(qū)出現(xiàn)亮暗相間的條紋，即發(fā)生了衍射現(xiàn)象。②單縫衍射圖樣的四個特點(diǎn)：a．中央條紋亮而寬；b．兩側(cè)亮條紋具有對稱性，亮條紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱；c．波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大，單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大；d．白光的單縫衍射條紋中央為白色亮條紋，兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近白色亮條紋的內(nèi)側(cè)為紫色。(2)圓孔衍射①現(xiàn)象：圓孔衍射如圖甲所示，當(dāng)擋板AB上的圓孔較大時，光屏上出現(xiàn)如圖乙a中所示的情形，光沿直線傳播，無明顯衍射現(xiàn)象發(fā)生；當(dāng)擋板AB上的圓孔很小時，光屏上出現(xiàn)如圖乙b中所示的衍射圖樣，出現(xiàn)亮、暗相間的圓環(huán)。②圓孔衍射圖樣的兩個特點(diǎn)：a．單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)。越向外，亮環(huán)亮度越低。b．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)泊松亮斑——障礙物的衍射現(xiàn)象①現(xiàn)象：各種不同形狀的障礙物也能使光發(fā)生衍射，使影的輪廓模糊不清。若在單色光傳播途中，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，如圖乙中c所示。②障礙物的衍射圖樣的特點(diǎn)：圓形陰影中心有一亮斑，圓形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)。與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別。例1(多選)對于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．只有障礙物或孔的尺寸可以跟光波波長相比，甚至比波長還要小的時候，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象B．衍射現(xiàn)象是光特有的現(xiàn)象，只有光才會發(fā)生衍射C．光的衍射現(xiàn)象否定了光沿直線傳播的結(jié)論D．光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性規(guī)律方法對衍射現(xiàn)象的理解(1)衍射現(xiàn)象是否明顯方面：入射光波長越大，障礙物、小孔和狹縫的尺寸越小，衍射現(xiàn)象越明顯。(2)衍射條紋的亮度方面：小孔和狹縫的尺寸越小，衍射條紋的亮度越小。二、光的偏振情景2：如圖所示是立體電影中的圖片。為什么立體電影會產(chǎn)生如此神奇的效果？1．偏振片和透振方向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，只有沿著某個特定方向振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”。2．自然光和偏振光的比較自然光偏振光成因從光源(如太陽、電燈等)直接發(fā)出的光自然光通過偏振片后就變成了偏振光，反射光、折射光均為偏振光振動方向在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著各個方向振動在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，并且只有一個振動方向經(jīng)偏振片后現(xiàn)象比較如上圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉(zhuǎn)動偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化如上圖所示，偏振光經(jīng)偏振片后，若偏振方向與透振方向平行，屏亮；若垂直，則屏暗；若介于兩者之間，則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗例2(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，如圖所示，則下列說法不正確的是()A．Q不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度不變B．Q不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度時強(qiáng)時弱C．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變D．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時強(qiáng)時弱規(guī)律方法對偏振光的理解(1)自然光通過一個偏振片成為偏振光，透射光的偏振方向與偏振片的放置有關(guān)，但光的強(qiáng)度與偏振片的方向無關(guān)。(2)偏振光通過偏振片時，透光的強(qiáng)度與偏振方向和透振方向的夾角大小有關(guān)。三、激光情景3：激光切割技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時間，降低加工成本，提高加工質(zhì)量?，F(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的削鐵如泥的“寶劍”，那么，激光切割是利用了激光的什么特點(diǎn)來完成的？1．激光的產(chǎn)生激光是實(shí)驗(yàn)室中制造出的光，發(fā)光的方向、頻率、偏振方向均相同，兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉。2．激光的特點(diǎn)(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好，相干性好。(2)激光的平行度好。從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴(kuò)展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴(kuò)展到幾十米范圍。(3)亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量。例3關(guān)于激光的應(yīng)用，下列說法正確的是()A．光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點(diǎn)對信號進(jìn)行調(diào)制,使其在光導(dǎo)纖維中傳遞信息的B．計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用激光有相干性的特點(diǎn)C．醫(yī)學(xué)中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)D．“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)〖課堂達(dá)標(biāo)〗1．關(guān)于自然光和偏振光，下列說法正確的是()A．自然光能產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象，而偏振光卻不能B．自然光只有透過偏振片才能獲得偏振光C．自然光只能是白光，而偏振光不能是白光D．自然光和偏振光都能使感光底片感光2．(多選)準(zhǔn)分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產(chǎn)生激光，用于近視眼的治療。關(guān)于這個治療，以下說法正確的是()A．近視眼是物體在眼球中成像在視網(wǎng)膜的前面，使人不能看清物體B．激光的方向性好，可以在非常小的面積上對眼睛進(jìn)行光凝手術(shù)C．激光治療近視眼手術(shù)是對視網(wǎng)膜進(jìn)行修復(fù)D．激光治療近視眼手術(shù)是對角膜進(jìn)行切削3.(多選)如圖所示，P是一偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實(shí)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()A．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°角的方向振動的光4．某同學(xué)使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條寬為0.05mm的窄縫，進(jìn)行光的衍射實(shí)驗(yàn)，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()ABCD5．奶粉的碳水化合物(糖)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，就能確定被測樣品中的含糖量。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測樣品P置于A、B之間。問題：(1)當(dāng)被測樣品P置于A、B之間后到達(dá)O處光的強(qiáng)度怎樣變化？(2)要想使O處光強(qiáng)度最大，偏振片A或B應(yīng)怎樣轉(zhuǎn)動？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖考點(diǎn)剖析〗情景1：(1)衍射。(2)孔越小，衍射現(xiàn)象越明顯。例1〖答案〗AD〖解析〗光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象無疑說明了光具有波動性，在障礙物的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象比較明顯，只有在光的波長比障礙物的尺寸小的情況下，光才可以看成是沿直線傳播的，所以光的衍射現(xiàn)象和光沿直線傳播是不矛盾的，它們是光在不同條件下產(chǎn)生的兩種現(xiàn)象，衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，故正確的選項(xiàng)是A、D。情景2：在觀看立體電影時，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對透振方向相互垂直的偏振片。例2〖答案〗AC〖解析〗P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(dāng)Q與P的透振方向平行時，通過Q的光強(qiáng)最大；當(dāng)Q與P的透振方向垂直時通過Q的光強(qiáng)最小,即無論旋轉(zhuǎn)P或Q，屏上的光強(qiáng)都是時強(qiáng)時弱,故選A、C。情景3：激光的亮度高，可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量，可以用于切割、焊接以及在堅(jiān)硬材料上打孔等。例3〖答案〗C〖解析〗由激光的特點(diǎn)及應(yīng)用可知光纖通信主要利用了激光具有高度的相干性，A錯誤；計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的平行度好，B錯誤；醫(yī)療中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特點(diǎn)，C正確；激光測距利用的是激光的平行度好的特點(diǎn)，D錯誤。〖課堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗D〖解析〗干涉與衍射都是波特有的現(xiàn)象，偏振光也是一種波，同樣能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象與衍射現(xiàn)象，故A錯誤；自然界中的折射光、反射光等均屬于偏振光，故B錯誤；自然光可以是任意顏色的光，偏振光可以是白光，故C錯誤；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，故D正確。2.〖答案〗ABD〖解析〗利用激光的方向性好對眼睛進(jìn)行光凝手術(shù)是物理技術(shù)應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)的最新成果。人的眼睛是一個光學(xué)成像系統(tǒng)，角膜和晶狀體相當(dāng)于一個凸透鏡，物體通過凸透鏡成像在視網(wǎng)膜上，人就能看清楚物體。當(dāng)角膜和晶狀體組成的這個凸透鏡的焦距比較小，物體成像在視網(wǎng)膜的前面時，人就不能看清楚物體，這就是近視眼。激光手術(shù)不是修復(fù)視網(wǎng)膜，而是對角膜進(jìn)行切削，改變角膜的形狀，使眼球中的“凸透鏡”的焦距適當(dāng)變大，物體經(jīng)過角膜和晶狀體后成像在視網(wǎng)膜上。故選項(xiàng)A、B、D正確。3.〖答案〗ABD〖解析〗偏振片只讓沿某一方向振動的光順利通過，當(dāng)偏振片的透振方向與光的振動方向的夾角不為90°時，有光透過偏振片，但透射光的強(qiáng)度變?nèi)?。太陽光是自然光，光波可沿任何方向振動，所以在P的另一側(cè)能觀察到透射光；沿豎直方向振動的光，振動方向與偏振片的透振方向相同，當(dāng)然也可看到透射光；沿水平方向振動的光，其振動方向與偏振片的透振方向垂直，所以看不到透射光；沿與豎直方向成45°角的方向振動的光，其振動方向與透振方向不垂直，仍可看到透射光。故