新教材同步系列2024春高中物理第4章光及其應用第6節(jié)光的衍射和偏振第7節(jié)激光學生用書粵教版選擇性必修第一冊

第六節(jié)光的衍射和偏振第七節(jié)激光1．知道光的衍射現(xiàn)象、光的偏振現(xiàn)象和激光的特點．2．能分析單縫衍射現(xiàn)象和光的偏振現(xiàn)象．3．能探究光的衍射現(xiàn)象的特點和光的偏振現(xiàn)象的規(guī)律．4．了解偏振光和激光的應用．知識點一光的衍射1．定義光在傳播過程中，遇到障礙物或小孔時，會偏離原有______________的途徑而繞到障礙物后面的現(xiàn)象．2．常見的衍射現(xiàn)象(1)狹縫衍射現(xiàn)象：光通過________時，在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋．(2)圓孔衍射現(xiàn)象：光通過________時，在屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)．3．光的明顯衍射的條件當障礙物或孔的尺寸與光的波長________，甚至________光的波長時，衍射現(xiàn)象將十分明顯．知識點二光的偏振1．偏振片和透振方向．偏振片是一種由特殊材料制成的元件，它有一個特殊的方向，叫作透振方向．當光的振動方向與透振方向________時，光能完全通過偏振片；當光的振動方向與透振方向________時，光不能通過偏振片，當處于兩者之間時，光只能______________．2．只有橫波才具有偏振性，光的偏振現(xiàn)象驗證了光是________．3．偏振現(xiàn)象在生活中的應用：(1)保護眼睛的____________．(2)攝影愛好者常備的____________．知識點三激光1．激光的特性(1)單色性好：光譜寬度很________．(2)相干性好：具有________相同，________恒定，_________一致的特點．(3)平行度好：能量在空間高度集中，不容易發(fā)散．(4)亮度高：可以在很小的________和很短的________內(nèi)集中很大的________．2．激光的應用(1)光導纖維中用激光作為信息高速傳輸?shù)妮d體．(2)激光在雷達上用于測量距離和跟蹤目標．(3)工業(yè)上的激光切割、激光焊接技術(shù)，醫(yī)學上切割腫瘤的“光刀”等．(4)全息照相．1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)．(1)衍射和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的． ()(2)所有光都能發(fā)生衍射現(xiàn)象． ()(3)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好、相干性好． ()(4)光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波． ()2．(多選)關(guān)于衍射，下列說法正確的是()A．衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后產(chǎn)生的結(jié)果B．雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象C．一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實3．(多選)一束自然光通過起偏器照射到光屏上，則圖中光屏上發(fā)亮的有(起偏器上用箭頭表示其透射方向)()ABCD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)屏上圖b產(chǎn)生了什么現(xiàn)象？(2)比較屏上圖b和圖c，說明了什么？光的衍射1．單縫衍射圖樣(1)單色光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央條紋最寬最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色光紋，中央為白色條紋．(2)波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大；單縫一定時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大．2．圓孔衍射圖樣(1)中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小，如圖所示．(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．(3)用不同色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮斑的直徑越大．(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環(huán)．(5)只有圓孔足夠小時才能得到明顯的衍射圖樣．在圓孔由較大直徑逐漸減小的過程中，光屏上依次得到幾種不同的現(xiàn)象——圓形亮斑(光的直線傳播)、光源的像(小孔成像)、明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)．3．不透明的小圓板衍射圖樣(泊松亮斑)(1)中央是亮斑．圓板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)．(2)周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減?。镜淅?】對于單縫衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．縫的寬度d越小，衍射條紋越亮B．縫的寬度d越小，衍射現(xiàn)象越明顯C．縫寬度d越小，光傳播路線越接近直線D．入射光的波長越短，衍射現(xiàn)象越明顯[聽課記錄][跟進訓練]1．(多選)在觀察光的衍射實驗中，分別觀察到如圖甲、乙所示的清晰的明暗相間的圖樣，圖中黑線為暗紋．那么障礙物應是()A．甲圖對應的障礙物應是小圓孔B．甲圖對應的障礙物是小圓板C．乙圖對應的障礙物應是小圓板D．乙圖對應的障礙物是小圓孔單縫衍射、雙縫干涉的比較單縫衍射與雙縫干涉的比較名稱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、相位差恒定、振動方向相同的兩列光波相遇疊加或削弱條紋寬度條紋寬度不等，中央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)果意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波【典例2】如圖所示的4種明暗相間的條紋，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)．則在下面的四個圖中從左往右排列，哪個圖是黃光形成的條紋()ABCD[聽課記錄]區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法(1)根據(jù)條紋的寬度區(qū)分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的，而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄．(2)根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分：雙縫干涉條紋，從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很小，而單縫衍射條紋的中央亮紋最亮，兩側(cè)的亮紋逐漸變暗．激光激光的特性及應用特點(與普通光相比)特點內(nèi)容應用單色性好相干性好頻率單一，相位差恒定，易發(fā)生干涉現(xiàn)象，可像無線電波一樣調(diào)制激光全息照相、光纖通信、光的干涉方向性好激光的方向性非常好，是一束幾乎不發(fā)散的平行光，可以會聚到很小的點上測距和跟蹤目標、CD唱片、計算機光盤亮度高激光能在很小的空間、很短的時間內(nèi)集中很大的能量“光刀”、激發(fā)核反應【典例3】關(guān)于激光的應用，下列說法正確的是()A．全息照片拍攝是利用了激光的全反射原理B．利用激光是相干光，可以用在雷達上進行精確的測距C．由于激光平行度好，它能像無線電波那樣被調(diào)制，用來傳遞信息D．利用激光亮度高，可以用在醫(yī)學上做光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網(wǎng)膜[聽課記錄][跟進訓練]2．激光可以用來進行精確的測距，激光測距雷達就是一種可以用來測距的裝置，它是利用了激光的什么特點()A．激光具有高度的相干性B．激光的平行度非常好C．激光的亮度高D．激光的單色性好光的偏振1．偏振現(xiàn)象對于橫波通過狹縫的情況，只有狹縫的方向與橫波質(zhì)點的振動方向相同時，橫波才能無阻礙地通過狹縫，而當狹縫的方向與橫波質(zhì)點的振動方向垂直時，橫波不能通過狹縫，說明偏振是橫波特有的現(xiàn)象．2．自然光與偏振光的區(qū)別種類自然光(非偏振光)偏振光不同點光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光或由某種介質(zhì)反射或折射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(與偏振片透振方向一致)【典例4】(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，屏上光的亮度時強時弱[思路點撥]該題可按如下思路分析：太陽光是自然光→振動方向與偏振片的透振方向相同的光透過→兩平行偏振片的透振方向平行時透光最多，垂直時不透光．[聽課記錄]關(guān)于“偏振”的幾個注意事項(1)偏振片是由特定的材料制成的，每個偏振片都有一個特定的方向，這個方向叫作“透振方向”，只有沿透振方向振動的光才能通過偏振片．(2)偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實狹縫．(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波．(4)自然光透過偏振片可以變成偏振光．(5)當偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角不同時，透過偏振片的光的強度不同．[跟進訓練]3．關(guān)于自然光和偏振光，下列觀點正確的是()A．自然光能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，而偏振光卻不能B．只有自然光透過偏振片才能獲得偏振光C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光D．自然光和偏振光都能使感光底片感光1．(2022·北京卷)下列現(xiàn)象能說明光是橫波的是()A．光的衍射現(xiàn)象 B．光的折射現(xiàn)象C．光的偏振現(xiàn)象 D．光的干涉現(xiàn)象2．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．衍射條紋的間距不變，只是亮度減弱3.2016年，科學家利用激光干涉方法探測到由于引力波引起的干涉條紋的變化，這是引力波存在的直接證據(jù)．關(guān)于激光，下列說法中正確的是()A．激光是自然界中某種物質(zhì)直接發(fā)光產(chǎn)生的，不是偏振光B．激光相干性好，任何兩束激光都能發(fā)生干涉C．用激光照射不透明擋板上小圓孔時，光屏上能觀測到等間距的光環(huán)D．激光全息照片是利用光的干涉記錄下物體三維圖像的信息4．如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向看不到光亮，則()A．圖中a光為偏振光B．圖中b光為自然光C．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，在P處將看到光亮D．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，在P處將看到光亮5．應用激光平行性好的特性，可以精確地測量距離．對準目標發(fā)射一個極短的激光脈沖，測量發(fā)射脈沖與收到反射脈沖的時間間隔，就可以求出激光器到目標的距離．若在地球上向月球發(fā)射一個激光脈沖，測得從發(fā)射到收到反射脈沖所用的時間為2.56s，求月球到地球的距離大約是多少？回顧本節(jié)內(nèi)容，自主完成以下問題：1．圓孔衍射與泊松亮斑中央的條紋有什么不一樣？2．干涉條紋與衍射條紋的不同點？3．光的偏振現(xiàn)象說明了什么？激光在眼科中的應用1．激光治療青光眼眼球內(nèi)是一個封閉的結(jié)構(gòu)，正常情況下房水在前、后房不斷循環(huán)流動，維持眼壓在一個恒定水平．如果房水排出通道阻塞，房水排出受阻，眼壓升高，引起眼球壁壓力太大，重則導致視神經(jīng)損害．激光鞏膜切除術(shù)，具有操作簡單、安全有效、切除精確易控制手術(shù)量、術(shù)后反應輕、并發(fā)癥少、應用范圍廣等優(yōu)點，是近年發(fā)展出的技術(shù)，被認為是最有潛力的發(fā)展方向．2．激光治療白內(nèi)障白內(nèi)障是晶狀體中出現(xiàn)渾濁而對視力產(chǎn)生影響的疾?。梢杂眉す馊榛姆椒ǔゾ铙w核組織．當激光器發(fā)射激光后，能量迅速被晶狀體組織中的水分子吸收，在光汽化作用下，水分子迅速蒸發(fā)膨脹，形成一個微小空穴泡，并發(fā)生微小爆破．當空穴泡塌陷后可使晶狀體核組織乳化成微小顆粒，然后用手術(shù)儀的吸注系統(tǒng)吸除碎屑．3．激光治療屈光不正屈光不正是指在眼球調(diào)節(jié)松弛狀態(tài)下，來自5m以外的平行光線，經(jīng)過眼的屈光系統(tǒng)屈折后，不能在視網(wǎng)膜上清晰成像的情況．它包括遠視、近視及散光．病因是眼球的形狀改變，不能將光線準確對焦視網(wǎng)膜上．臨床上可以用準分子激光來進行矯正，準分子激光是波長很短的紫外光，它與生物組織發(fā)生的是光化學效應而不是熱效應，因此，不會產(chǎn)生熱損傷．在計算機控制下，可根據(jù)所需矯正的屈光度，利用準分子激光對角膜組織進行精確切削，改變角膜彎曲度，從而實現(xiàn)矯正．4．激光治療眼底病眼底由視網(wǎng)膜、眼底血管、視神經(jīng)乳頭、視神經(jīng)纖維、視網(wǎng)膜上的黃斑部以及視網(wǎng)膜后的脈絡膜等構(gòu)成，這些部位的病變統(tǒng)稱為眼底?。Ｒ姷难鄣撞∮幸暰W(wǎng)膜裂孔、糖尿病視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜中央靜脈及分支阻塞、視網(wǎng)膜血管瘤、中心性漿液視網(wǎng)膜脈終膜病變，等等．由于眼球具有透明的間質(zhì)等特殊結(jié)構(gòu)，所以激光是一個良好的治療眼底病的工具．1．激光治療眼病主要應用激光的什么特點？2．激光除了應用于醫(yī)療外，還用于哪些方面？舉例說明。第六節(jié)光的衍射和偏振第七節(jié)激光[必備知識·自主預習儲備]知識梳理知識點一1.直線傳播2．(1)狹縫(2)小孔3．相當小于知識點二1.平行垂直部分通過2．橫波3．(1)偏振光眼鏡(2)偏振濾光片知識點三1.(1)窄(2)頻率相位差偏振方向(4)空間時間能量基礎自測1．答案：(1)×(2)√(3)√(4)√2．AB[衍射花紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果，故A正確；雙縫干涉中縫的寬度與波長差不多，光通過縫時，也發(fā)生了衍射現(xiàn)象，故B正確；衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射，但只有波長大于或相當于障礙物或小孔的尺寸時，才能發(fā)生明顯的衍射，故C錯誤；當波長比障礙物或小孔的尺寸小得多時，不能發(fā)生明顯的衍射，這是表現(xiàn)出直線傳播的特征，出現(xiàn)了影，影的存在與衍射現(xiàn)象并不是相互矛盾的，故D錯誤．]3．ABD[自然光通過起偏器后成為偏振光，當偏振光的振動方向與起偏器的透振方向平行時能夠通過，否則不能通過，所以A、B、D正確．][關(guān)鍵能力·情境探究達成]情境探究提示：(1)衍射現(xiàn)象．(2)孔越小，衍射現(xiàn)象越明顯．典例1B[單縫衍射現(xiàn)象中，波長越長越容易衍射，中央亮紋越寬，所以d減小，相對波長變長，因此衍射現(xiàn)象越明顯．縫寬度d越小，越體現(xiàn)光子的隨機性，衍射越明顯，入射光的波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，所以答案為B.]跟進訓練1．AC[比較兩圖，它們的背景明顯不同，甲圖的背景為黑色陰影，說明障礙物應是很大的不透明擋板，中間有透光并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋，說明擋板的中間有小圓孔；乙圖的背景為白色，說明周圍沒有障礙物，中間有不透光圓形陰影，并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋，說明中間存在很小的不透明圓板，乙圖正中央的小亮點是泊松亮斑．故A、C正確，B、D錯誤．]典例2D[雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，故A、C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；單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側(cè)寬度越小越暗，而波長越長，中央亮條紋越粗，故B、D是衍射圖樣，紫光波長較短，則中央亮條紋較細，故B是紫光的衍射條紋，D是黃光的衍射條紋，故選D.]典例3D[全息照片拍攝是利用了激光的頻率單一，相干性好，能夠產(chǎn)生明顯的干涉，故A錯誤；利用激光平行度好，可以用在雷達上進行精確的測距，故B錯誤；利用激光相干性好，它能像無線電波那樣被調(diào)制，用來傳遞信息，故C錯誤；利用激光光強度大、能量集中，可以用在醫(yī)學上做光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網(wǎng)膜，故D正確．]跟進訓練2．B[“激光測距雷達”利用激光測量很遠距離的目標是因為激光平行度好，方向性好．故B正確．]典例4BD[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Q與P的透振方向平行時，通過Q的光強最大；當Q與P的透振方向垂直時，通過Q的光強最小，即無論旋轉(zhuǎn)P或Q，屏上的光強都是時強時弱．]跟進訓練3．D[振