2017屆高中物理第4章光的波動(dòng)性4.3光的衍射光的偏振與立體電影學(xué)案選修.docx

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(rèn)識(shí)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(diǎn).2.了解衍射光柵及它產(chǎn)生衍射時(shí)的圖樣特點(diǎn).3.認(rèn)識(shí)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(zhǎng)小，或跟波長(zhǎng)相差不多2橫波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向跟波的傳播方向垂直的波縱波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(shí)，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：?jiǎn)慰p衍射是來自單縫的光波波陣面上無窮多個(gè)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(gè)分立光束的相干疊加叫做干涉；而把波陣面無窮多個(gè)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(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿所有方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光強(qiáng)度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)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(shí)，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(shí)，用兩個(gè)攝影機(jī)，兩個(gè)攝影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時(shí)分別拍下同一物體的兩個(gè)畫像在放映時(shí)，兩個(gè)放映機(jī)每個(gè)鏡頭上各放一個(gè)偏振片，如圖1所示，兩個(gè)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(jī)上的偏振方向相同，右眼偏振片的透振方向與右面放映機(jī)上的偏振方向相同，這樣，銀幕上的兩個(gè)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(zhǎng)，功耗低，沒有X射線和電磁輻射.一、光的衍射問題設(shè)計(jì)1將雙縫干涉儀上的雙縫撤去，留下單縫，我們用測(cè)微目鏡觀察屏上的圖樣時(shí)，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(diǎn)？答案不相同，它明顯的特點(diǎn)是中央亮條紋最寬最亮，兩側(cè)條紋對(duì)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(huì)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(diǎn)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(zhǎng)相比，甚至比光的波長(zhǎng)還要小的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象2三種衍射現(xiàn)象(1)單縫衍射：?jiǎn)紊馔ㄟ^狹縫時(shí)，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(shí)，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(孔很小)時(shí)在屏幕上會(huì)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(gè)較小的圓形障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個(gè)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(gè)近似的規(guī)律，當(dāng)光的波長(zhǎng)比障礙物或小孔小的多時(shí)，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(zhǎng)相比，甚至比波長(zhǎng)還要小時(shí)，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(shí)，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(qiáng)D以上現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生解析由單縫衍射實(shí)驗(yàn)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(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤答案A二、單縫衍射與雙縫干涉的比較問題設(shè)計(jì)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：?jiǎn)慰p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(diǎn)提煉單縫衍射與雙縫干涉的比較 兩種現(xiàn)象比較項(xiàng)目單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)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(diǎn)成因都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時(shí)加強(qiáng)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(zhǎng)越長(zhǎng)，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(lán)光各自通過同一個(gè)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(gè)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(lán)紫 B紅紫藍(lán)黃C藍(lán)紫紅黃 D藍(lán)黃紅紫解析雙縫干涉條紋平行等距，且波長(zhǎng)越大，條紋間距越大，而紅光波長(zhǎng)大于藍(lán)光波長(zhǎng)，故第一幅圖為紅光，第三幅圖為藍(lán)光；又由于黃光波長(zhǎng)比紫光波長(zhǎng)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(jì)取一根軟繩，一端固定在墻上，手持另一端上下抖動(dòng)，軟繩上形成一列橫波，質(zhì)點(diǎn)在豎直平面內(nèi)沿著上下方向振動(dòng)如果手持繩的一端左右抖動(dòng)，會(huì)在繩上形成另一列橫波，質(zhì)點(diǎn)在水平平面內(nèi)沿著左右方向振動(dòng)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(dòng)方向平行放置及與振動(dòng)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(xì)軟的彈簧，前后推動(dòng)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(jī)械波是橫波時(shí)，若質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與狹縫平行時(shí)，則機(jī)械波能透過狹縫傳播，反之則不能透過狹縫傳播對(duì)縱波而言，不管什么情況，縱波總能透過狹縫傳播要點(diǎn)提煉1橫波、縱波的判定方法(1)直接看質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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(diǎn)振動(dòng)方向的機(jī)械波(2)看波能否通過兩個(gè)相互垂直且共線的“狹縫”，能通過兩個(gè)“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(shí)，如果兩個(gè)偏振片的透振方向平行，則通過P的偏振光的振動(dòng)方向跟偏振片Q的透振方向一致，透射光的強(qiáng)度最強(qiáng)如果兩個(gè)偏振片的透振方向垂直，則通過P的偏振光的振動(dòng)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(qiáng)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(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測(cè)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(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這一角度稱為“旋光度”，的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測(cè)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(dòng)B使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間，則下列說法中正確的是()圖5A到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于D將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于解析因?yàn)锳、B的偏振方向一致，故A、B間不放糖溶液時(shí)，自然光通過偏振片A后，變成偏振光，通過B后到達(dá)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(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度，不能再通過B，A對(duì)，B錯(cuò)但當(dāng)B轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，恰好使偏振片方向與經(jīng)過糖溶液后的偏振光振動(dòng)方向一致時(shí)，O處光強(qiáng)為最強(qiáng)，故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度所以C對(duì)同理D也對(duì)答案ACD針對(duì)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(shí)在光屏C上，透射光的強(qiáng)度最大，則下列說法中正確的是()圖6A此時(shí)A、B的透振方向平行B只有將B繞OO軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90，屏上透射光的強(qiáng)度才會(huì)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(qiáng)度最弱，幾乎為零D將A沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180，屏上透射光的強(qiáng)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(shí)，光屏上的光強(qiáng)度最大；當(dāng)二者透振方向垂直時(shí)，光屏上的光強(qiáng)度最小，幾乎為零，由此可知A、C選項(xiàng)正確1在用單色平行光照射單縫觀察衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)越長(zhǎng)，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(diǎn)，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(xiàng)中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象3將兩個(gè)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(gè)偏振片旋轉(zhuǎn)180，在旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)觀察到()A燈光逐漸增強(qiáng)，然后逐漸減弱B燈光強(qiáng)度保持不變C燈光逐漸增強(qiáng)，沒有減弱現(xiàn)象D燈光逐漸增強(qiáng)，再減弱，然后增強(qiáng)到最亮答案A解析眼睛通過兩偏振片看到的光很弱，是因?yàn)閮善衿耐刚穹较虼怪?，在旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片的過程中，透振方向逐漸一致，光逐漸增強(qiáng)，當(dāng)兩個(gè)偏振片的透振方向一致時(shí)，光線最強(qiáng)，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(xiàng)A正確4在拍攝日落時(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，其目的是()A減弱反射光，從而使景物的像清晰B增強(qiáng)反射光，從而使景物的像清晰C增強(qiáng)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(jìn)入鏡頭，使水下景物的像清晰基礎(chǔ)題1對(duì)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(dòng)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(xiàng)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(qiáng)區(qū)為亮條紋，減弱區(qū)為暗條紋，選項(xiàng)B正確；因?yàn)檠苌湟彩遣ㄌ赜械默F(xiàn)象，所以光的衍射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為光的波動(dòng)說提供了有力證據(jù)，選項(xiàng)C正確；當(dāng)障礙物較大時(shí)，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(xiàng)D錯(cuò)誤2在單縫衍射實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)較長(zhǎng)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(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距也越大，黃光波長(zhǎng)大于綠光波長(zhǎng)，所以A、C正確；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋間距也會(huì)變寬，B錯(cuò)誤；當(dāng)光的波長(zhǎng)一定，單縫寬度也一定時(shí)，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會(huì)變寬，D正確3用單色光通過小圓盤與小圓孔做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，在光屏上得到衍射圖樣，它們的特點(diǎn)是()A用小圓盤時(shí)中央是暗的，用小孔時(shí)中央是亮的B用小圓盤時(shí)中央是亮的，用小孔時(shí)中央是暗的C中央均為亮點(diǎn)的同心圓條紋D中央均為暗點(diǎn)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(diǎn)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(cuò)誤4在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)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1Aa、c Bb、c Ca、d Db、d答案D解析單縫衍射條紋的特點(diǎn)是中央亮條紋最寬、最亮，雙縫干涉條紋的特點(diǎn)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(diǎn)光源照在一個(gè)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(qiáng)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(zhǎng)很短答案A7除了從太陽(yáng)、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(shí)()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(dòng)方向垂直于紙面的光較強(qiáng)D反射光中振動(dòng)方向在紙面內(nèi)的光較強(qiáng)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(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(shí)能在P的另一側(cè)觀察到透射光()圖2A太陽(yáng)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)的光答案ABD解析太陽(yáng)光是自然光，沿各個(gè)方向振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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)