【步步高】高中物理 13.513.6 光的衍射　光的偏振 選修34

第十三章光13.5-13.6光的衍射光的偏振1.知道光的衍射現象，知道產生明顯衍射現象的條件.2.知道衍射條紋的特點，了解衍射光柵.3.知道光的偏振現象，知道光是橫波.4.知道偏振光和自然光的區(qū)別，能運用偏振知識來解釋生活中的一些常見光學現象.學習目標定位一、光的衍射唐代詩人王維的詩句“空山不見人，但聞人語響”描寫了一種常見的“聞其聲而不見其人”的物理現象.這種現象是如何形成的呢？為什么聲波容易發(fā)生衍射現象而光波不容易發(fā)生衍射現象呢？問題設計一、光的衍射答案詩句中描寫的是聲波的衍射現象.聲波的波長較大，與日常生活中的物體可以相比，很容易發(fā)生明顯衍射現象，故可以隔著障礙物“聞其聲”，但光的波長遠小于日常生活中物體的尺寸，光在障礙物后形成陰影，故有“不見其人”的現象.要點提煉1.各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，即使影的輪廓.一、光的衍射模糊不清2.光產生明顯衍射現象的條件在障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長，甚至比光的波長的時候，就會產生明顯的衍射現象.一、光的衍射相比還小3.衍射圖樣的特點(1)單縫衍射圖樣的特點：①中央條紋.兩側亮條紋具有對稱性，亮條紋寬度逐漸，亮度逐漸.②光的波長一定時，單縫窄的中央條紋，各條紋間距；單縫不變時，光波波長大的中央條紋，條紋間距.③白光的單縫衍射條紋是中央為，兩側為.一、光的衍射亮而寬變窄減弱寬大寬大白色亮紋彩色條紋(2)圓孔衍射圖樣的特點：①單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度高，外面是明暗相間的(填“等距”或“不等距”)的圓環(huán)，越向外，亮環(huán)亮度越.②白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為，周圍是圓環(huán).一、光的衍射不等距低白色彩色(3)泊松亮斑：障礙物的衍射現象①在單色光傳播途中，放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現在陰影中心有一個，這就是著名的泊松亮斑.②圖樣特點：中央是一個亮斑，圓板陰影的邊緣模糊，陰影外邊有明暗相間的圓環(huán).一、光的衍射亮斑4.衍射光柵(1)衍射圖樣的特點：狹縫的個數越多，衍射條紋的寬度越，亮度越；與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變，亮度.(2)衍射光柵的種類：光柵和光柵.一、光的衍射窄強窄增加反射透射二、單縫衍射與雙縫干涉的比較問題設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1.不同點二、單縫衍射與雙縫干涉的比較(1)產生條件單縫衍射：只要狹縫足夠小雙縫干涉：頻率相同的兩列光波相遇疊加(2)圖樣單縫衍射的圖樣中央為最寬最亮的亮條紋，兩側亮條紋變暗變窄雙縫干涉的圖樣是亮度相同的等間距的條紋2.相同點(1)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果(2)都是波特有的現象，表明光是一種波.二、單縫衍射與雙縫干涉的比較三、偏振現象問題設計1.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，質點在豎直平面內沿著上下方向振動.如果手持繩的一端左右抖動，會在繩上形成另一列橫波，質點在水平平面內沿著左右方向振動.三、偏振現象現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)生的現象(如圖1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)生的現象(如圖丙所示).這兩種現象說明什么？圖1三、偏振現象答案當機械波是橫波時，若質點的振動方向與狹縫平行，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.三、偏振現象2.如圖2所示，取一個偏振片P，讓陽光通過偏振片P，在P的另一側觀察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一個偏振片Q，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片Q，會看到什么現象？這說明什么？三、偏振現象圖2三、偏振現象答案會看到在旋轉Q時光的亮度發(fā)生變化.偏振片的作用類似于1中狹縫的作用，只有振動方向與透振方向一致的光才能通過.當偏振片Q與P的透振方向平行時，穿過Q的光最強；當Q與P的透振方向垂直時，光不能透過Q.要點提煉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，只有沿著振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫做“透振方向”.2.光的偏振現象表明光是一種波.三、偏振現象這個方向橫3.自然光和偏振光三、偏振現象

自然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振器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內，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，光振動沿某一特定方向(與起偏振器透振方向一致)4.偏振現象的應用(1)在攝影中的應用：在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，可以阻擋進入鏡頭.(2)電子表液晶顯示屏：在兩塊透振方向垂直的偏振片中插入一個液晶盒，可以控制光線顯示數字.三、偏振現象舉例太陽、電燈、蠟燭火焰等直接發(fā)出的光自然光在介質表面反射和折射形成的光反射光一、對光的衍射的理解典例精析例1觀察單縫衍射現象時，把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm，看到的現象是(

)A.衍射條紋的間距逐漸變小，衍射現象逐漸不明顯B.衍射條紋的間距逐漸變大，衍射現象越來越明顯C.衍射條紋的間距不變，只是亮度增強D.以上現象都不會發(fā)生一、對光的衍射的理解典例精析解析由單縫衍射實驗的調整與觀察可知，狹縫寬度越小，衍射現象越明顯，衍射條紋越寬，條紋間距也越大，本題是將縫調寬，現象向相反的方向發(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典例精析例2如圖3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3A.紅黃藍紫 B.紅紫藍黃C.藍紫紅黃 D.藍黃紅紫二、單縫衍射與雙縫干涉的比較典例精析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典例精析三、對光的偏振的理解例3如圖4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4A.A、B均不變B.A、B均有變化C.A不變，B有變化D.A有變化，B不變典例精析解析白熾燈光包含各方向的光，且各個方向的光強度相等，所以旋轉偏振片P時各方向透射光強度相同，故A點光的強度不變；白熾燈光經偏振片P后為偏振光，當P旋轉時，B點的光強有變化，選項C正確.答案C三、對光的偏振的理解典例精析例4一段時間以來，“假奶粉事件”鬧得沸沸揚揚，奶粉中碳水化合物(糖)含量是一個重要指標，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，將α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5所示，S是自三、對光的偏振的理解典例精析然光源，A、B是偏振片，轉動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(

)三、對光的偏振的理解圖5典例精析A.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處光強度最大，偏振片B轉過的角度等于αD.將偏振片A轉動一個角度，使得O處光強度最大，偏振片A轉過的角度等于α三、對光的偏振的理解典例精析解析因為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動了一定角度，不能再通過B，A對，B錯.三、對光的偏振的理解典例精析但當B轉過一個角度，恰好使偏振片方向與經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的旋轉角度即為糖溶液的旋光度.所以C對.同理D也對.答案ACD三、對光的偏振的理解課堂要點小結自我檢測區(qū)123412341.(對光的衍射的理解)關于光的衍射現象，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白黑相間的直條紋C.光照到不透明小圓盤上出現泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射D.光照到較大圓孔上出現大光斑，說明光沿著直線傳播，不存在光的衍射1234解析單色光照到狹縫上產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亮點，是衍射現象.光的衍射現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象.答案AC12342.(單縫衍射與雙縫干涉的比較)如圖6所示為紅光和紫光通過相同的雙縫和單縫所呈現的圖樣，則(

)圖6A.甲為紫光的干涉圖樣 B.乙為紫光的干涉圖樣C.丙為紅光的干涉圖樣 D.丁為紅光的干涉圖樣1234解析干涉條紋平行、等寬、等間距，選項C、D錯誤.干涉圖樣為明暗相間的條紋，且條紋間距為Δx＝λ，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.故正確選項為B.答案B12343.(對光的偏振的理解)如圖7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71234A.此時A、B的透振方向平行B.只有將B繞OO′軸順時針旋轉90°，屏上透射光的強度才會最弱，幾乎為零C.將A或B繞OO′軸旋轉90°，屏上透射光的強度最弱，幾乎為零D.將A沿順時針旋轉180°，屏上透射光的強度最弱，幾乎為零1234解析當A、B兩偏振片的透振方