新教材2025版高中物理第四章光及其應(yīng)用6.光的衍射與偏振7.激光學(xué)案教科版選擇性必修第一冊

6．光的衍射與偏振7．激光課標(biāo)要求1.視察光的衍射現(xiàn)象，相識衍射條紋的特點(diǎn)．2．知道產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件．3．視察光的偏振現(xiàn)象，知道自然光和線偏振光的區(qū)分．4．了解激光的特點(diǎn)和應(yīng)用．思維導(dǎo)圖必備學(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．單縫衍射現(xiàn)象(1)當(dāng)單縫________時，光沿著直線方向通過單縫，在光屏上可以看到一條跟單縫寬度相當(dāng)?shù)牧辆€或(亮斑)．(2)把單縫調(diào)窄些，可以看到屏上亮線也隨之________．(3)當(dāng)單縫調(diào)到很窄時，光通過單縫后就明顯地偏離了____________方向，在屏上出現(xiàn)的不再是一條很窄的亮線，而是擴(kuò)展到了相當(dāng)寬的地方，并且出現(xiàn)了____________的條紋；再調(diào)小單縫，條紋也隨之變得清楚、細(xì)?。?．光的衍射依據(jù)直線傳播的規(guī)律應(yīng)當(dāng)屬于陰影的區(qū)域也會出現(xiàn)________；反之，應(yīng)當(dāng)屬于亮區(qū)的地方也會出現(xiàn)____________．這種現(xiàn)象叫作光的衍射．3．衍射圖樣衍射時產(chǎn)生的____________的圖樣叫作衍射圖樣．二、光的偏振1．偏振：當(dāng)狹縫的方向與繩的振動方向________時，繩上橫波可以傳過去；狹縫的方向與繩的振動方向________時，繩上的橫波就不能通過了，這種現(xiàn)象叫作偏振．2．線偏振光：光____________限在一個平面內(nèi)的光．3．自然光：通常光源發(fā)出的光(包括太陽光)是由大量的、__________不同的____________組成，稱為自然光．4．假如在自然光(如燈光、太陽光)傳播的方向上放一偏振片，其中只有那些振動方向與偏振片透光方向________的成分可以通過偏振片，于是就得到了________．5．光的偏振現(xiàn)象證明光是____波．三、激光激光的特性及應(yīng)用特性應(yīng)用強(qiáng)度大、方向性好、單色性好激光加工、激光醫(yī)學(xué)相干性好、覆蓋波段寬而且可調(diào)諧激光檢測、激光全息照相、激光通信、激光照排[舉例]用兩支圓柱形鉛筆并在一起，形成一個狹縫，使狹縫平行于日光燈，會看到彩色的衍射條紋．[導(dǎo)學(xué)1]視察教材中的圖4－6－1和圖4－6－2，比較圓孔的衍射和不透光圓板的衍射現(xiàn)象的區(qū)分．[導(dǎo)學(xué)2]立體電影拍攝時是利用線偏振光，放映時也是利用線偏振光，戴的眼鏡是偏振片．關(guān)鍵實(shí)力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點(diǎn)一三種衍射圖樣特點(diǎn)的比較導(dǎo)學(xué)探究(1)讓一束紅光照耀在游標(biāo)卡尺兩個卡腳之間的縫上，漸漸減小兩個卡腳之間的距離，使縫越來越小，視察照在屏幕上光斑的變更．縫寬大約多大時屏幕上出現(xiàn)條紋？縫間距變小時，條紋有什么變更？(2)用針尖在一張厚紙上扎一個很小的小孔，用眼睛通過小孔視察太陽光，會視察到什么現(xiàn)象？歸納總結(jié)1.單縫衍射圖樣(1)中心條紋最亮、越向兩邊越暗，條紋間距不等．越靠外，條紋間距越?。?2)縫變窄后通過的光變少，而光分布的范圍更寬，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及單縫寬度有關(guān)．入射光波長越大，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，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．2．圓孔衍射圖樣(1)中心是大且亮的圓形亮斑，四周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，中心亮斑的直徑越大，同時亮度越弱．(3)用不同色光照耀圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中心圓形亮斑的直徑越大．(4)白光的圓孔衍射圖樣中，中心是大且亮的白色光斑，四周是彩色同心圓環(huán)．(5)只有圓孔足夠小時才能得到明顯的衍射圖樣，在圓孔由較大直徑漸漸減小的過程中，光屏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)、完全黑暗．3．不透亮的小圓板衍射圖樣(泊松亮斑)(1)在圓板的陰影中心出現(xiàn)亮斑，在陰影外有明暗相間的圓環(huán)．(2)泊松亮斑圖樣的亮環(huán)或暗環(huán)的距離隨著圓板半徑的增大而減小，而且背景是光明的，如圖所示．典例示范例1某探討性學(xué)習(xí)小組用激光束照耀圓孔和不透亮圓板后，分別得到如圖所示的衍射圖樣．據(jù)此可以推斷出()A．甲是光線射到圓孔后的衍射圖樣，乙是光線射到圓板后的衍射圖樣B．乙是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲是光線射到圓板后的衍射圖樣C．甲、乙都是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲孔的直徑較大D．甲、乙都是光線射到圓板后的衍射圖樣，乙板的直徑較大歸納總結(jié)理解并牢記各種衍射圖樣的特征(1)對于單縫衍射條紋的特征用十二個字概括：“中寬邊窄”“中亮邊暗”“中白邊彩”．其中“中白邊彩”只適合于白光光源．(2)各種衍射圖樣的形態(tài)不同，但圖樣的分布規(guī)律、影響因素都是類似的．素養(yǎng)訓(xùn)練1視察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2mm漸漸增大到0.8mm，看到的現(xiàn)象是()A．衍射條紋的間距漸漸變小，衍射現(xiàn)象漸漸不明顯B．衍射條紋的間距漸漸變大，衍射現(xiàn)象越來越明顯C．衍射條紋的間距不變，只是亮度增加D．以上現(xiàn)象都不會發(fā)生素養(yǎng)訓(xùn)練2如圖，a、b、c、d四個圖樣是兩種單色光用同樣的儀器形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點(diǎn)(黑色為亮條紋，a圖樣的亮紋間距比b圖樣大，c圖樣中心亮紋比d圖樣寬)可以得出的正確結(jié)論是()A．a(chǎn)、b是光的衍射圖樣，c、d為光的干涉圖樣B．a(chǎn)、b是光的干涉圖樣，c、d為光的衍射圖樣C．形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣的光的波長短D．形成b圖樣的光的波長比形成d圖樣的光的波長短探究點(diǎn)二自然光和偏振光的比較導(dǎo)學(xué)探究取一根軟繩，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(zhì)點(diǎn)在豎直平面內(nèi)沿著上下方向振動．假如手持繩的一端左右抖動，會在繩上形成另一列橫波，質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)沿著左右方向振動．現(xiàn)在讓軟繩穿過一塊帶有狹縫的木板．分別將狹縫與振動方向平行放置及與振動方向垂直放置，視察發(fā)生的現(xiàn)象(如圖甲、乙所示)．假如將這根軟繩換成細(xì)軟的彈簧，前后推動彈簧形成縱波，視察發(fā)生的現(xiàn)象(如圖丙所示)．這兩種現(xiàn)象說明什么？歸納總結(jié)1.偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實(shí)的狹縫．2．只要光的振動方向不與透振方向垂直，都可以不同程度地通過偏振片，不過強(qiáng)度要比振動方向與透振方向平行的光弱一些．3．自然光和線偏振光自然光線偏振光光的來源干脆從光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿全部方向，且沿各個方向振動的光強(qiáng)度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿某一特定方向(與偏振片透振方向一樣)舉例太陽、電燈、蠟燭火焰等干脆發(fā)出的光自然光在介質(zhì)表面反射和折射形成的光典例示范例2(多選)如圖所示，P是一偏振片，P的透振方向?yàn)樨Q直方向．下列四種入射光束照耀P時能在P的另一側(cè)視察到透射光的是()A．太陽光B．沿豎直方向振動的光C．沿水平方向振動的光D．沿與豎直方向成45°角振動的光素養(yǎng)訓(xùn)練3關(guān)于自然光和線偏振光，下列觀點(diǎn)正確的是()A．自然光能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，而線偏振光卻不能B．只有自然光透過偏振片才能獲得線偏振光C．自然光只能是白色光，而線偏振光不能是白色光D．自然光和線偏振光都能使感光底片感光素養(yǎng)訓(xùn)練4(多選)如圖所示，電燈從S處發(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光為線偏振光B．圖中b光為線偏振光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處將看到光亮探究點(diǎn)三激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用歸納總結(jié)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、振動方向均相同，兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉．2．激光的特點(diǎn)(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好，相干性好．激光的頻率單一，相干性特別好，顏色特殊純．用激光做衍射、干涉試驗(yàn)，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(kuò)展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴(kuò)展到幾十米范圍．(3)激光的亮度高．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．3．激光的應(yīng)用光纖通信；激光測距；激光讀寫；激光加工；激光手術(shù)(亦稱光刀手術(shù))；激光武器；在可控聚變反應(yīng)中的應(yīng)用．典例示范例3(多選)關(guān)于激光，下列說法正確的是()A．激光是用人工方法激發(fā)出的一種特殊的光B．自然界中某些自然物體也可以發(fā)出激光C．激光可以像刀子一樣切除腫瘤D．由于激光的方向性好，所以激光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象素養(yǎng)訓(xùn)練5在演示雙縫干涉的試驗(yàn)時，常用激光作光源，這主要是應(yīng)用激光的什么特性()A．亮度高B．平行性好C．單色性好D．波動性好隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．下列現(xiàn)象中可以說明光是橫波的是()A．光的干涉現(xiàn)象B．光的衍射現(xiàn)象C．光的全反射現(xiàn)象D．光的偏振現(xiàn)象2．(多選)下列說法正確的是()A．當(dāng)光的波長比圓孔的直徑大時，可以產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象B．衍射現(xiàn)象的探討表明“光沿直線傳播”只是一種近似規(guī)律C．用平行的單色光垂直照耀不透亮的小圓板，在圓板的后面發(fā)覺圓板陰影中心處有一亮斑，這是光的干涉現(xiàn)象D．用平行的單色光垂直照耀一個刀片，發(fā)覺屏上刀片的陰影的邊緣模糊不清，這是光的衍射現(xiàn)象3．在光的單縫衍射試驗(yàn)中可視察到清楚的明暗相間的圖樣，下面四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是()A．a(chǎn)、cB．b、cC．a(chǎn)、dD．b、d4．(多選)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)用激光相干性好的特點(diǎn)對信號進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行信息傳遞的B．計(jì)算機(jī)內(nèi)用“磁頭”可讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光平行度好的特點(diǎn)來進(jìn)行的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(diǎn)D．“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)5．(多選)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)就是一對透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，則銀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視察物體時，在視網(wǎng)膜上形成的像并不完全相同6．光的衍射與偏振7．激光必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．(1)較寬(2)變細(xì)(3)直線傳播明暗相間2．亮條紋暗的區(qū)域3．明暗相間二、1．相同垂直2．振動的方向3．振動方向線偏振光4．平行線偏振光5．橫關(guān)鍵實(shí)力·合作探究探究點(diǎn)一【導(dǎo)學(xué)探究】提示：(1)大約0.8mm時會出現(xiàn)條紋，當(dāng)縫間距變小時，屏幕上條紋間距漸漸變寬，但亮度漸漸減弱．(2)會視察到中心為亮圓，四周為彩色的圓環(huán)．【典例示范】例1解析：圓孔衍射圖樣是中心為大亮斑，而在圓板衍射圖樣中，中心為大陰影，只是在大陰影背景下中心處有一個小亮斑，此即為泊松亮斑．所以，圖甲為圓孔衍射，圖乙為圓板衍射，A正確．答案：A素養(yǎng)訓(xùn)練1解析：由單縫衍射試驗(yàn)的調(diào)整與視察可知，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，本題的調(diào)整是將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反的方向發(fā)展，A正確，B、C、D錯誤．答案：A素養(yǎng)訓(xùn)練2解析：雙縫干涉圖樣的條紋是等間距的，而衍射條紋間距不相等，則知a、b是光的干涉圖樣，c、d是光的衍射圖樣，A錯誤，B正確；依據(jù)Δx＝〖(L)/(d)〗λ可知，光的波長越長，雙縫干涉條紋間距越大，則知形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長長，C錯誤；波長大的光形成的衍射圖像條紋間距大，可知形成b圖樣的光的波長與形成d圖樣的光是同一種光，D錯誤．答案：B探究點(diǎn)二【導(dǎo)學(xué)探究】提示：當(dāng)機(jī)械波是橫波時，若質(zhì)點(diǎn)的振動方向與狹縫平行，則機(jī)械波能透過狹縫傳播，若質(zhì)點(diǎn)的振動方向與狹縫垂直則不能透過狹縫傳播．對縱波而言，不管什么狀況，縱波總能透過狹縫傳播．【典例示范】例2解析：依據(jù)光的偏振學(xué)問，只要光的振動方向不與偏振片的透振方向垂直，光就能通過偏振片．當(dāng)光的振動方向與偏振片的透振方向相同時，透射光最強(qiáng)，當(dāng)二者垂直時，光完全不能透過．當(dāng)二者間的夾角在0～90°漸漸增加時，透射光漸漸減弱．太陽光、沿豎直方向振動的光、沿與豎直方向成45°角振動的光均能通過偏振片．綜上所述，A、B、D正確．答案：ABD素養(yǎng)訓(xùn)練3解析：振動沿各個方向勻稱分布的光是自然光，而振動沿著特定方向的光是線偏振光，但自然光和線偏振光都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，A錯誤；光的偏振現(xiàn)象并不罕見，除了從光源干脆發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是線偏振光，B錯誤；光的顏色由光的頻率確定，與光的振動方向無關(guān)，C錯誤；自然光和線偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正確．答案：D素養(yǎng)訓(xùn)練4解析：自然光沿各個方向是勻稱分布的，通過偏振片后，透射光是只有沿著某一特定方向振動的光．從電燈干脆發(fā)出的光為自然光，即a光是自然光，A錯誤；a光通過A偏振片后，即變?yōu)榫€偏振光，即b光為線偏振光，B正確；設(shè)通過A的光沿豎直方向振動，若B偏振片只能通過沿水平方向振動的線偏振光，則P點(diǎn)無光亮，將B轉(zhuǎn)過180°后，P處仍無光亮，C錯誤；若將B轉(zhuǎn)過90°，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^豎直方向上振動的光的偏振片，則線偏振光能通過B，即在P處有光亮，D正確．答案：BD探究點(diǎn)三【典例示范】例3解析：激光是用人工方法激發(fā)出的一種特殊的光，A正確，B錯誤；激光具有方向性好、亮度高、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，可以像刀子一樣切除腫瘤，C正確；激光是一種波，只要是波就能發(fā)生衍射現(xiàn)象，D錯誤．答案：AC素養(yǎng)訓(xùn)練5解析：頻率相同的兩束光相遇才能發(fā)生干涉，激光的單色性好，頻率單一，通過雙縫時能夠得到兩束相干光，C正確．答案：C隨堂演練·自主檢測1．解析：光能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，說明光是一種波，具有波動性；光的全反射現(xiàn)象，說明光