人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案：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PAGEPAGE15光的衍射6光的偏振激光〖學(xué)習(xí)目標〗1．知道什么是光的衍射，知道產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.2.知道什么是光的偏振現(xiàn)象，知道光是一種橫波.3.了解激光的特點和應(yīng)用．一、光的衍射1．用單色平行光照射狹縫，當縫很窄時，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)象十分明顯．二、衍射光柵1．構(gòu)成：由許多等寬的狹縫等距離地排列起來形成的光學(xué)元件．2．增加狹縫的個數(shù)，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加．3．種類：透射光柵和反射光柵．三、偏振1．偏振現(xiàn)象：不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向也可能不同，這種現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”，橫波的振動方向稱為“偏振方向”．2．光的偏振(1)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，只有沿著這個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①自然光：太陽、日光燈等普通光源發(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，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同．這種光是“自然光”．②偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動，這種光叫作偏振光．(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波．四、激光的特點及其應(yīng)用特點應(yīng)用相干性強：激光具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特點，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度好：激光的平行度非常好，傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度激光測距，為槍械、火炮、導(dǎo)彈等武器提供目標指引亮度高：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”，激發(fā)核聚變等1．判斷下列說法的正誤．(1)衍射條紋和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的．(×)(2)只有波長長的光才發(fā)生衍射現(xiàn)象．(×)(3)橫波和縱波都能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象．(×)(4)自然光通過偏振片可以獲得偏振光．(√)(5)用激光做雙縫干涉實驗是應(yīng)用了激光具有高度的相干性的特點．(√)(6)利用激光的平行度好的特點，可以利用激光進行距離測量．(√)2．下列四幅圖片中屬于光的干涉的是________，屬于光的衍射的是________．〖答案〗ab、d一、光的衍射導(dǎo)學(xué)探究(1)讓一束紅光照射在游標卡尺兩個卡腳之間的縫上，逐漸減小兩個卡腳之間的距離，使縫越來越小，觀察照在屏幕上光斑的變化．縫寬大約多大時屏幕上出現(xiàn)條紋？縫間距變小時，條紋有什么變化？(2)用針尖在一張厚紙上扎一個很小的小孔，用眼睛通過小孔觀察太陽光，會觀察到什么現(xiàn)象？〖答案〗(1)大約0.8mm時會出現(xiàn)條紋，當縫間距變小時，屏幕上條紋間距逐漸變寬，但亮度逐漸減弱．(2)會觀察到中央為亮圓，周圍為彩色的圓環(huán)．知識深化三種衍射圖樣的特點1．單縫衍射(1)單色光通過狹縫時，在屏幕上出現(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)彩色條紋，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；單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大．2.圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)．如圖1所示．圖1(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?。?2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．3．圓板衍射(泊松亮斑)(1)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)在影的中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑．衍射圖樣如圖2所示．圖2(2)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)．(多選)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白黑相間的直條紋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〗紅光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是紅暗相間的直條紋，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，是衍射現(xiàn)象，光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，D項屏中大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認為不存在衍射現(xiàn)象．二、單縫衍射與雙縫干涉的比較1．不同點(1)產(chǎn)生條件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(單縫衍射：狹縫足夠小發(fā)生明顯衍射,雙縫干涉：頻率相同的兩列光波相遇疊加))(2)圖樣eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(單縫衍射的圖樣是中央為最寬最亮的亮條紋，,兩側(cè)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減弱的結(jié)果．(2)都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波．如圖3所示，甲、乙、丙、丁四幅圖是不同的單色光通過同一雙縫或單縫形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是()圖3A．甲、乙是光的干涉圖樣B．丙、丁是光的干涉圖樣C．形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣光的波長短D．形成丙圖樣的光的波長比形成丁圖樣光的波長短〖答案〗A〖解析〗干涉條紋是等間距的條紋，因此甲、乙圖是干涉圖樣，丙、丁圖是衍射圖樣，故A正確，B錯誤；由公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，條紋寬的入射光的波長長，所以甲圖樣的光的波長比乙圖樣的光的波長長，故C錯誤；丙圖樣的光的波長比丁圖樣的光的波長長，故D錯誤．三、光的偏振導(dǎo)學(xué)探究如圖4所示，取一個偏振片P，讓陽光通過偏振片P，在P的另一側(cè)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(zhuǎn)偏振片Q，會看到什么現(xiàn)象？這說明什么？圖4〖答案〗會看到在旋轉(zhuǎn)Q時光的亮度發(fā)生變化．偏振片的作用類似于狹縫，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.知識深化1．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，只有沿著這個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．光的偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波．3．自然光與偏振光的比較自然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波的強度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿某個特定方向(與偏振片透振方向一致)相同點不管是自然光還是偏振光，傳播方向與振動方向一定垂直(多選)如圖5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()圖5A．圖中a光為偏振光B．圖中b光為偏振光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〖答案〗BD〖解析〗自然光在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿各個方向的振動是均勻分布的，通過偏振片后，透射光是只沿著某一特定方向振動的光．從電燈直接發(fā)出的光為自然光，故A錯；它通過偏振片A后，即變?yōu)槠窆?，故B對；設(shè)通過A的光沿豎直方向振動，而偏振片B只能通過沿水平方向振動的偏振光，則P點無光亮，以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，P處仍無光亮，故C錯；以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^豎直方向上振動的光的偏振片，則偏振光能通過B，即在P處有光亮，故D對．針對訓(xùn)練(2019·重慶八中期中)如圖6所示，白熾燈的右側(cè)依次放置偏振片P和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側(cè)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點光的強度變化情況是()圖6A．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〖答案〗C〖解析〗旋轉(zhuǎn)偏振片P，A處得到的是強度始終相同的偏振光，偏振光再經(jīng)過偏振片Q，B處的光強隨著P的轉(zhuǎn)動而變化，當Q的透振方向與經(jīng)過P的偏振光的振動方向垂直時，B處的光強最弱，選項C正確．四、激光1．激光的產(chǎn)生激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光，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．激光是人工產(chǎn)生的相干光．2．激光的特點(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好、相干性好．用激光做衍射、干涉實驗，效果很好．(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，激光斑擴展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴展到幾十米范圍．(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．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對信號進行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中傳遞信息的B．計算機內(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D．“激光測距雷達”利用激光測量很遠目標的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點〖答案〗C〖解析〗由激光的特點及應(yīng)用可知光纖通信主要利用了激光的相干性，A錯誤；計算機內(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，C正確；激光測距利用的是激光的平行度好的特點，D錯誤.1．(光的衍射)(多選)對光的衍射現(xiàn)象的定性分析，正確的是()A．光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物繼續(xù)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〗ABC〖解析〗根據(jù)光的衍射現(xiàn)象的定義可知選項A正確；衍射圖樣中有亮、暗條紋，這是光波相互疊加的結(jié)果，加強區(qū)為亮條紋，減弱區(qū)為暗條紋，選項B正確；因為衍射是波特有的現(xiàn)象，所以光的衍射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為光的波動說提供了有力證據(jù)，選項C正確；當障礙物較大時，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D錯誤．2．(單縫衍射與雙縫干涉的比較)(多選)如圖7(a)所示是做雙縫干涉實驗的示意圖．先做操作1：用兩塊不同顏色的濾光片分別擋住雙縫屏上下兩半部分Ⅰ和Ⅱ；接著再做操作2：用不透明的擋板擋住b縫．若兩塊濾光片一塊是紅色，一塊是藍色，紅光波長大于藍光波長，則()圖7A．完成操作1后，光屏上出現(xiàn)的是圖(b)圖案，且甲是紅色條紋，乙是藍色條紋B．完成操作1后，光屏上出現(xiàn)的是圖(c)圖案，且丙是藍色條紋，丁是紅色條紋C．完成操作2后，光屏上出現(xiàn)的是圖(b)圖案，且甲是藍色條紋，乙是紅色條紋D．完成操作2后，光屏上出現(xiàn)的是圖(c)圖案，且丙是紅色條紋，丁是藍色條紋〖答案〗AD〖解析〗題圖(b)中的條紋為等間距明暗相間條紋，是干涉圖樣，再根據(jù)條紋寬度的有關(guān)因素分析即可．題圖(c)為中間最寬且不等間距明暗相間條紋，是衍射條紋，再根據(jù)條紋寬度的有關(guān)因素進行分析即可．操作1是雙縫干涉實驗，故條紋間距相等，光屏上出現(xiàn)題圖(b)圖案，由圖案知甲的波長大于乙的波長，故甲為紅色條紋，乙為藍色條紋，A正確；操作2是單縫衍射，條紋間距不相等，光屏上為題圖(c)圖案，再結(jié)合波長關(guān)系可知D正確．3．(光的偏振)(2020·天津二中期中)關(guān)于光的偏振現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．偏振光沿各個方向振動的光波的強度都相同B．自然光在水面反射時，反射光和折射光都是一定程度的偏振光C．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波D．照相機鏡頭表面的鍍膜是光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用〖答案〗B〖解析〗自然光在垂直于傳播方向上沿一切方向振動，且各個方向振動的光波強度都相同，而偏振光在垂直于傳播方向上沿某個方向振動的光波強度最大，選項A錯誤；自然光在水面反射時，反射光和折射光的振動方向不同，但都是一定程度的偏振光，選項B正確；光的偏振現(xiàn)象，說明光是一種橫波，選項C錯誤；照相機的增透膜，使得光線因反射發(fā)生干涉相消現(xiàn)象從而增大透光性，屬