新教材2025版高中物理第四章光6.光的衍射7.光的偏振激光學(xué)生用書新人教版選擇性必修第一冊(cè)

6.光的衍射7.光的偏振激光新課程標(biāo)準(zhǔn)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.視察光的衍射和偏振現(xiàn)象，了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用2．知道光是橫波3．通過試驗(yàn)，了解激光的特性4．能舉例說明激光技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用物理觀念視察光的衍射現(xiàn)象，相識(shí)衍射條紋的特點(diǎn)；視察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波科學(xué)思維知道產(chǎn)生明顯衍射的條件科學(xué)看法與責(zé)任知道偏振現(xiàn)象的應(yīng)用必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、光的衍射1.定義光通過很小的狹縫(或圓孔)時(shí)，明顯地偏離了________，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．單縫衍射：?jiǎn)紊馔ㄟ^狹縫時(shí)，在屏幕上出現(xiàn)________相間的條紋，中心為________條紋，中心條紋最寬最亮，其余條紋變窄變暗．3．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)________，甚至比光的波長(zhǎng)還要________．4．衍射光柵：(1)結(jié)構(gòu)：有很多等寬的狹縫________排列起來形成的光學(xué)元件．狹縫的個(gè)數(shù)越多，衍射條紋的寬度越窄，亮度越高．(2)衍射圖樣的特點(diǎn)：與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度________．(3)衍射光柵的種類：________光柵和________光柵．情境思索：在十字路口為什么用紅色燈作為停止的信號(hào)燈呢？提示：停止信號(hào)燈之所以選擇紅色，一方面是由于我們的眼睛對(duì)紅色比較敏感，敏感度超過黃色或綠色；另一方面是由于在可見光中紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)．簡(jiǎn)單穿透空氣中的水霧和煙塵，即波動(dòng)性較強(qiáng)，靠衍射現(xiàn)象繞過水霧和煙塵．而其他的光波長(zhǎng)較短，簡(jiǎn)單受到空氣中浮動(dòng)的粒子擾亂，因此紅光比其他各種顏色的光更簡(jiǎn)單透過空氣傳到遠(yuǎn)方．二、光的偏振1．偏振(1)“偏振現(xiàn)象”：不同的橫波，即使傳播方向________，振動(dòng)方向也可能是________的．這個(gè)現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”．橫波的振動(dòng)方向稱為“偏振方向”．(2)讓繩穿過一塊帶有狹縫的木板，先后將狹縫與振動(dòng)方向平行放置及與振動(dòng)方向垂直放置(如圖)．對(duì)于圖甲的情形，繩上的橫波________穿過狹縫，而對(duì)于圖乙的情形則________．2.光的偏振(1)偏振片：偏振片由特定的材料制成，每個(gè)偏振片都有一個(gè)________的方向，沿著這個(gè)方向振動(dòng)的光波能順當(dāng)________偏振片，偏振方向與這個(gè)方向垂直的光不能通過，這個(gè)方向叫作“透振方向”．(2)自然光：太陽、電燈等一般光源發(fā)出的光，包含著在______于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的________都相同．(3)偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著____________振動(dòng)的光．3．偏振現(xiàn)象的應(yīng)用：在照相機(jī)鏡頭前裝一片____________、電子表的液晶顯示等．三、激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用1．激光：傳播方向、偏振、相位等性質(zhì)完全________的光波，這就是激光．2．激光的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)性質(zhì)應(yīng)用純凈性高激光具有頻率單一、相位差恒定、偏振方向相同的特點(diǎn)，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的純凈性，即相干性光纖通信平行度好激光的平行度特別好，傳播很遠(yuǎn)的距離后仍能保持肯定的強(qiáng)度精確地測(cè)距；供應(yīng)目標(biāo)指引；讀取光盤上記錄的信息等亮度高它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量用激光束切割、焊接；醫(yī)學(xué)上可以用激光作“光刀”【思索辨析】推斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”．(1)使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄．()(2)菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色，是光的折射現(xiàn)象．()(3)換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照耀，衍射條紋間距變寬．()(4)凡是波都有偏振現(xiàn)象．()(5)反射可以引起自然光的偏振．()情境思索：如圖所示是立體電影中的圖片．為什么立體電影會(huì)產(chǎn)生如此奇妙的效果？提示：在觀看立體電影時(shí)，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對(duì)透振方向相互垂直的偏振片．關(guān)鍵實(shí)力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點(diǎn)一光的衍射探究總結(jié)1.單縫衍射圖樣的特點(diǎn)(1)中心條紋最亮、越向兩邊越暗，條紋間距不等；中心條紋最寬，越靠外，條紋間距越窄．(2)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．(3)中心亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長(zhǎng)及單縫寬度有關(guān)．入射光波長(zhǎng)越長(zhǎng)，單縫越窄，中心亮條紋的寬度及條紋間距就越大．(4)用白光做單縫衍射時(shí)，中心亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中心亮條紋仍舊最寬最亮．如圖所示．2．圓孔衍射圖樣的兩個(gè)特點(diǎn)單色光的圓孔衍射圖樣中心亮圓的亮度大，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．白光的圓孔衍射圖樣中心亮圓為白色，四周是彩色圓環(huán)．如圖所示．3．障礙物的衍射圖樣的特點(diǎn)各種不同形態(tài)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．如圖所示．典例示范例1如圖所示的四幅明暗相間的條紋，分別是紅光經(jīng)過間距不同的雙縫及寬度不同的單縫所形成的．則在下面的四幅圖中(甲、乙、丙、丁)依次對(duì)應(yīng)的是()A．雙縫寬間距，雙縫窄間距，寬單縫，窄單縫B．雙縫窄間距，雙縫寬間距，窄單縫，寬單縫C．寬單縫，窄單縫，雙縫寬間距，雙縫窄間距D．窄單縫，寬單縫，雙縫窄間距，雙縫寬間距課堂筆記針對(duì)訓(xùn)練1(多選)沙塵暴是由土地沙漠化引起的一種惡劣的天氣現(xiàn)象，發(fā)生沙塵暴時(shí)能見度只有十幾米，天氣變黃變暗，這是由于這種狀況下()A．只有波長(zhǎng)較短的一部分光才能到達(dá)地面B．只有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的一部分光才能到達(dá)地面C．只有頻率較大的一部分光才能到達(dá)地面D．只有頻率較小的一部分光才能到達(dá)地面針對(duì)訓(xùn)練2關(guān)于下列四幅圖中所涉及的物理學(xué)問的論述中，正確的是()A．甲圖是光的干涉圖樣B．乙圖是光的衍射圖樣C．丙圖是光的折射原理D．丁圖是光導(dǎo)纖維利用光的全反射原理，其內(nèi)芯折射率小于外套的折射率探究點(diǎn)二光的偏振探究總結(jié)1.自然光通過偏振片后變成偏振光．2．當(dāng)偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角不同時(shí)，通過偏振片的光的強(qiáng)度不同．3．當(dāng)偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角為90°時(shí)，將無光通過偏振片．4．只有橫波才有偏振現(xiàn)象，縱波無偏振現(xiàn)象，光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波．典例示范例2如圖所示，兩光屏間放有兩個(gè)透振方向相互平行的偏振片，現(xiàn)讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照耀到偏振片P上，再通過偏振片Q，現(xiàn)以光的傳播方向?yàn)檩S使偏振片P由圖示位置旋轉(zhuǎn)90°，下列說法正確的是()A.M、N間為偏振光B．P、Q間為自然光C．P、Q間的光線亮度漸漸變暗D．光屏N上的亮度漸漸變暗針對(duì)訓(xùn)練3下面關(guān)于光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用正確的是()A．立體電影利用了光的干涉現(xiàn)象B．為了增加光的透射率，照相機(jī)鏡頭表面的鍍膜是利用了光的偏振現(xiàn)象C．茶色眼鏡利用了光的偏振現(xiàn)象D．拍攝日落時(shí)分水面下的景物時(shí)，在照相機(jī)鏡頭前裝一個(gè)偏振片可減弱水面反射光的影響針對(duì)訓(xùn)練4(多選)如圖所示是立體電影的工作原理圖，觀眾戴上一副特別的眼鏡就能看到屏幕上的立體圖像．關(guān)于立體電影，以下說法正確的是()A．觀眾戴上特制眼鏡是為了防止損害眼睛B．這副眼鏡其實(shí)就是一對(duì)偏振方向相互垂直的偏振片C.戴上特制眼鏡的觀眾若只用一只眼睛看，則屏幕上只是一片光亮而無圖像D．產(chǎn)生立體視覺是因?yàn)槿说膬芍谎劬ν瑫r(shí)視察物體時(shí)，在視網(wǎng)膜上形成的像并不完全相同探究點(diǎn)三激光的應(yīng)用探究總結(jié)激光作為一種人造光源，在科研、通信、工業(yè)生產(chǎn)、軍事科技等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，如：(1)激光雷達(dá)——利用激光的平行度好(2)讀盤——利用激光的平行度好(3)醫(yī)用激光刀——利用激光的亮度高(4)切割金屬等難熔物質(zhì)——利用激光的亮度高(5)激光育種——利用激光的亮度高(6)引起核聚變——利用激光的亮度高(7)作為干涉、衍射的光源——利用其單色性好典例示范例3(多選)關(guān)于應(yīng)用激光的事例中，下列說法正確的是()A．激光平行度好可以用于測(cè)距B．激光能量特別集中，為治療近視眼而研制的“激光刀”就利用了這個(gè)特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是有效地削減了細(xì)菌的感染C．激光的亮度高，可以用于城市廣場(chǎng)照明D．激光的相干性好，可用于雙縫干涉試驗(yàn)課堂筆記思維方法激光相關(guān)問題解題關(guān)鍵(1)熟記激光的主要特點(diǎn)及應(yīng)用．(2)激光作為一種光，具有光的一切性質(zhì)，能發(fā)生衍射、干涉、反射、折射等，遵從反射定律、折射定律等．針對(duì)訓(xùn)練5(多選)將激光束的寬度聚焦到納米級(jí)(10－9m)范圍內(nèi)，可修復(fù)人體已損壞的器官，可對(duì)DNA分子進(jìn)行超微型基因修復(fù)，把至今尚令人無奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除，以上功能是利用了激光的()A．單色性好B．平行度好C．粒子性D．能量高針對(duì)訓(xùn)練6關(guān)于激光的應(yīng)用問題，下列說法正確的是()A．全息照相利用了激光平行度特別好的特點(diǎn)B．激光測(cè)距雷達(dá)利用了激光平行度好的特點(diǎn)C．用激光束來切割或焊接很硬的材料利用了激光平行度好的特點(diǎn)D．用激光讀取DVD光盤上的信息利用了激光有相干性的特點(diǎn)課堂檢測(cè)·素養(yǎng)提升——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．甲圖是太陽光照耀下，肥皂膜表面出現(xiàn)的彩色條紋；乙圖是激光照耀下，針尖的影子，它的輪廓模糊不清，出現(xiàn)明暗相間的條紋．下列說法正確的是()A．二者都是光的衍射現(xiàn)象B．二者都是光的干涉現(xiàn)象C．甲是光的干涉現(xiàn)象，乙是光的衍射現(xiàn)象D．甲是光的衍射現(xiàn)象，乙是光的干涉現(xiàn)象2．激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特點(diǎn)，在科學(xué)技術(shù)和日常生活中應(yīng)用廣泛．下面關(guān)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(zhì)中的波長(zhǎng)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(diǎn)可以測(cè)量月球到地球的距離3．(多選)在城市交通中，選用紅燈表示禁止通行，其緣由是()A．紅光簡(jiǎn)單產(chǎn)生干涉B．紅光照耀的距離大C．紅光簡(jiǎn)單引起人們的視覺反應(yīng)D．紅光簡(jiǎn)單產(chǎn)生衍射4．(多選)如圖，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耀P時(shí)能在P的另一側(cè)視察到透射光()A．太陽光B．沿豎直方向振動(dòng)的光C．沿水平方向振動(dòng)的光D．沿與豎直方向成45°角振動(dòng)的光5．某同學(xué)運(yùn)用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進(jìn)行光的衍射試驗(yàn)，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()6．光的衍射7．光的偏振激光必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．直線傳播2．明暗亮3．差不多小4．等距離增加透射反射二、1．相同不同能不能2．特定通過垂直強(qiáng)度某個(gè)特定的方向3．偏振濾光片三、1．相同思索辨析答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√關(guān)鍵實(shí)力·合作探究探究點(diǎn)一【例1】【解析】雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，全部條紋寬度相同且等間距，故甲、乙兩圖是雙縫干涉現(xiàn)象，依據(jù)雙縫干涉條紋間距Δx＝lλd可知雙縫間距d越小，Δ【答案】A針對(duì)訓(xùn)練1解析：據(jù)光發(fā)生衍射的條件，發(fā)生沙塵暴時(shí)，只有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的一部分光線能到達(dá)地面，據(jù)λ＝cf知，到達(dá)地面的答案：BD針對(duì)訓(xùn)練2解析：甲圖是光的衍射圖樣，乙圖是光的干涉圖樣，A、B錯(cuò)誤；丙圖是光的折射原理，C正確；丁圖中光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯折射率大于外套的折射率，D錯(cuò)誤．答案：C探究點(diǎn)二【例2】【解析】A、B錯(cuò)：M、P間為自然光，經(jīng)過偏振片P后變?yōu)槠窆?，因此P、Q與Q、N間為偏振光．C錯(cuò)：由于自然光沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，因此在偏振片P旋轉(zhuǎn)過程中，P、Q間的光線亮度不變．D對(duì)：當(dāng)偏振片P與偏振片Q垂直時(shí)，光屏N上沒有亮度，則旋轉(zhuǎn)過程中光屏N上光的亮度漸漸變暗．【答案】D針對(duì)訓(xùn)練3解析：A錯(cuò)：放映立體電影的時(shí)候用雙鏡頭放映機(jī)，兩個(gè)鏡頭前放有偏振方向不同的偏振片，觀眾戴的眼鏡上也有相對(duì)應(yīng)方向的偏振片，這樣每只眼睛就只能看到一個(gè)鏡頭所投影的圖像．B錯(cuò)：為了增加光的透射率，照相機(jī)鏡頭表面的鍍膜是利用了光的薄膜干涉現(xiàn)象．C錯(cuò)：茶色眼鏡利用了金屬化合物在玻璃中變更，從而形成色調(diào)．D對(duì)：拍攝日落時(shí)分水面下的景物時(shí)，為減小反射光的影響，在照相機(jī)鏡頭前裝一個(gè)偏振片．答案：D針對(duì)訓(xùn)練4解析：放映立體電影時(shí)有左右兩架放映機(jī)同時(shí)工作，在每架放映機(jī)前裝有一塊偏振鏡子，其偏振方向相互垂直，因此從放映機(jī)前偏振鏡射出的兩束偏振光的偏振方向相互垂直，這兩束偏振光經(jīng)屏幕反射其偏振方向不變更，觀眾所戴的偏振眼鏡的兩只鏡片偏振方向相互垂直，且左眼鏡片跟左邊放映機(jī)前偏振鏡的偏振方向一樣，這樣，左眼只能看剄左邊放映機(jī)放映出的畫面，右眼只能看到右邊放映機(jī)放映出的畫面，兩眼看到的畫面略有差別，因而產(chǎn)生立體感，因此B、D選項(xiàng)正確．答案：BD探究點(diǎn)三【例3】【解析】激光平行度好，即使傳播了很遠(yuǎn)的距離之后，它仍保持肯定的強(qiáng)度，此特點(diǎn)可用于激光測(cè)距，A正確；激光的亮度高，能量特別集中，可應(yīng)用于金屬的加工、激光醫(yī)療