人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案1：4 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(cè)PAGEPAGE14.5-4.6光的衍射光的偏振激光〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道光的衍射現(xiàn)象和產(chǎn)生明顯衍射的條件。2．了解如何通過實(shí)驗(yàn)觀察光的衍射現(xiàn)象，并可以區(qū)分幾種不同的衍射圖樣。3．觀察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波，知道自然光和偏振光的區(qū)別。4．知道偏振現(xiàn)象的一些應(yīng)用，了解激光的特征和應(yīng)用。5．能解釋日常生活中的衍射并初步了解衍射光柵?！贾R(shí)梳理〗知識(shí)點(diǎn)1光的衍射1．衍射現(xiàn)象光通過很窄的縫和很小的孔時(shí)，光沒有沿______傳播，它繞過了縫或孔的邊緣，傳播到了障礙物______的地方。2．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)______，甚至比光的波長(zhǎng)______。知識(shí)點(diǎn)2衍射圖樣1．單縫衍射的條紋特點(diǎn)(1)中央條紋為__________，離中心條紋越遠(yuǎn)，亮條紋的寬度______，亮度______。(2)狹縫越窄，中央亮條紋______。2．圓盤衍射(泊松亮斑)(1)現(xiàn)象用平行光照射一個(gè)不透光的小圓盤時(shí)，在圓盤陰影中心出現(xiàn)一個(gè)______。(2)衍射圖樣的特點(diǎn)圓形陰影中心有一______，與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別。知識(shí)點(diǎn)3衍射光柵1．結(jié)構(gòu)有許多等寬的狹縫__________排列起來形成的光學(xué)元件。狹縫的個(gè)數(shù)越多，衍射條紋的寬度越______，亮度越______。2．衍射圖樣的特點(diǎn)與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變______，亮度______。3．衍射光柵的種類______光柵和______光柵。知識(shí)點(diǎn)4光的偏振及應(yīng)用1．偏振現(xiàn)象不同的橫波，即使傳播方向相同，振動(dòng)方向_______________。這個(gè)現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”。2．光是一種橫波光的干涉和________現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，光的________現(xiàn)象說明光是一種橫波。3．自然光太陽(yáng)、日光燈等普通光源發(fā)生的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都______。這種光是自然光。4．偏振光光在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)特定的__________。這種光叫作偏振光。5．偏振光的應(yīng)用在拍攝水中的游魚、玻璃櫥窗的陳列物時(shí)，由于水或玻璃表面的反射光的干擾，常使景象不清楚，如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片______________，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以______反射光而使景象清晰。知識(shí)點(diǎn)5激光的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)性質(zhì)應(yīng)用相干性激光具有頻率______、相位差______、偏振方向______的特點(diǎn)，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激光的______非常好，傳播______的距離仍能保持一定的強(qiáng)度精確的______；讀取光盤上記錄的______等高亮度它可以在很小的_____和很短的_____內(nèi)集中很大的能量用激光束______、焊接、醫(yī)學(xué)上可以用激光做“______”；激發(fā)核反應(yīng)等〖要點(diǎn)剖析〗一、對(duì)光的衍射現(xiàn)象的理解1．光的衍射(1)產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多。(2)光是一種波光的干涉現(xiàn)象已經(jīng)表明光是一種波，由于衍射也是波的特點(diǎn)，則光能夠衍射，因此，光能夠繞過障礙物或通過小孔進(jìn)入陰影區(qū)而傳播，即發(fā)生衍射現(xiàn)象。(3)可見光的波長(zhǎng)范圍10－6m～10－7m，由發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，光的衍射現(xiàn)象不易觀察。2．三種不同的衍射現(xiàn)象(1)單縫衍射單縫衍射圖樣的特點(diǎn)①單色光的單縫衍射圖樣是明暗相間、亮度越來越暗且不等距的條紋，中央是亮紋，亮度大，寬度也大；波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋間距越大，中央亮紋越寬；②白光的單縫衍射圖樣中央是白色亮紋，兩邊是彩色條紋，其中最靠近中央亮紋的色光是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光。(2)圓孔衍射①單色光的圓孔衍射圖樣中央亮紋的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)，越向外，亮環(huán)亮度越低；②白光的圓孔衍射圖樣中央亮紋為白色，周圍是彩色圓環(huán)。(3)泊松亮斑——障礙物的衍射現(xiàn)象各種不同形狀的障礙物也能使光發(fā)生衍射，使影的輪廓模糊不清。若在單色光傳播途中，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。特別提醒：只有圓孔足夠小時(shí)，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，光屏依次得到幾種不同現(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。例1(多選)抽制細(xì)絲時(shí)可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，激光束越過細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同，則下列描述正確的是()A．這是利用光的干涉現(xiàn)象B．這是利用光的衍射現(xiàn)象C．如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變粗了D．如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變細(xì)了二、單縫衍射與雙縫干涉的比較名稱項(xiàng)目單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)產(chǎn)生條件障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)差不多頻率、振動(dòng)方向相同，相位差恒定的兩列光波相遇疊加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，越靠外條紋間距越小各相鄰條紋等間距亮度中間條紋最亮，兩邊變暗清晰條紋，亮度基本相等相同點(diǎn)成因干涉、衍射都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時(shí)加強(qiáng)或者削弱的結(jié)果意義干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波特別提醒：(1)單縫衍射可以理解為若干個(gè)光源的干涉，從而理解條紋相間排列。(2)光波的波長(zhǎng)增大，衍射條紋、干涉條紋的寬度都變大。(3)復(fù)色光的衍射或干涉圖樣，可認(rèn)為各單色光單獨(dú)衍射或干涉所成圖樣的疊加。例2一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋?，F(xiàn)將其中一條窄縫擋住，讓這束紅光只通過一條窄縫，則在光屏上可以看到()A．與原來相同的明暗相間的條紋，只是明條紋比原來暗些B．與原來不相同的明暗相間的條紋，而中央明條紋變寬些C．只有一條與縫寬對(duì)應(yīng)的明條紋D．無(wú)條紋，只存在一片紅光三、對(duì)光的偏振現(xiàn)象的理解1．偏振現(xiàn)象波的偏振①狹縫對(duì)橫波、縱波的影響如果在波的傳播方向上放一帶狹縫的木板，不管狹縫方向如何，縱波都能自由通過狹縫；對(duì)橫波，只有狹縫的方向與橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向相同時(shí)，橫波才能毫無(wú)阻礙地通過狹縫；當(dāng)狹縫的方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直時(shí)，橫波就不能通過狹縫，這種現(xiàn)象叫作偏振。如圖所示。②橫波獨(dú)有的特征偏振現(xiàn)象是橫波所特有的，故利用偏振現(xiàn)象可判斷一列波是橫波還是縱波。2．光的偏振(1)光屬于電磁波，是橫波，具有偏振性。從普通光源直接發(fā)出的光(自然光)，包含在垂直于光的傳播方向上一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波是均勻的，不顯示偏振性。如圖，自然光通過偏振片后變成偏振光，后面的屏是明亮的，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，偏振光的振動(dòng)方向隨之變化，但屏上亮度不變。(2)自然光通過偏振片后，只有振動(dòng)方向跟透振方向一致的光才能通過。這時(shí)的光只沿著一個(gè)特定的方向振動(dòng)，顯示偏振性。如圖，偏振光經(jīng)過偏振片時(shí)，若光的振動(dòng)方向與偏振片的“透振方向”平行，屏是亮的；若光的振動(dòng)方向與偏振片的“透振方向”垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于兩者之間，隨振動(dòng)方向與“透振方向”的夾角變大，亮度逐漸變暗。3．自然光與偏振光的比較自然光(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(與起偏器的偏振方向一致)特別提醒(1)偏振現(xiàn)象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通過偏振片后才變?yōu)槠窆猓钪谐庠粗苯影l(fā)出的光外，我們看到的絕大部分光都是偏振光，如自然光射到水面時(shí)的反射和折射光線，尤其是二者互相垂直時(shí)，都是典型的偏振光，并且是完全偏振光，振動(dòng)方向相互垂直。(2)只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象，光是橫波。例3如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點(diǎn)位于P、Q之間，B點(diǎn)位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是()A．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不變四、偏振光的應(yīng)用偏振光的應(yīng)用非常廣泛。例如(1)在攝影中的應(yīng)用：在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，可以減弱進(jìn)入鏡頭的反射光。(2)電子表的液晶顯示屏：在兩塊透振方向垂直的偏振片當(dāng)中插進(jìn)一個(gè)液晶盒，可以控制光線顯示數(shù)字。(3)夜晚行車時(shí)，車燈眩光的消除用的就是光的偏振原理。(4)立體電影也利用了光的偏振原理。例4(多選)如圖所示是立體電影的工作原理圖，觀眾戴上一副特殊的眼鏡就能看到由立體電影放出的立體圖像。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傷害眼睛B．這副眼鏡其實(shí)就是一對(duì)偏振方向互相垂直的偏振片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(wú)圖像D．產(chǎn)生立體視覺是因?yàn)槿说膬芍谎劬ν瑫r(shí)觀察物體時(shí)，在視網(wǎng)膜上形成的像并不完全相同五、激光及應(yīng)用1．激光的產(chǎn)生激光是人工產(chǎn)生的相干光。2．激光具有的特點(diǎn)(1)相干性好所謂相干性好，是指容易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。普通光源發(fā)出的光(即使是所謂的單色光)頻率是不一樣的，而激光器發(fā)出的激光的頻率幾乎是單一的，并且滿足其他的相干條件。所以，現(xiàn)在我們做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)須在雙縫前放一個(gè)單縫，而是用激光直接照射雙縫，就能得到既明亮又清晰的干涉條紋。利用相干光易于調(diào)制的特點(diǎn)傳輸信息，所能傳遞的信息密度極高，一條細(xì)細(xì)的激光束通過光纜可以同時(shí)傳送一百億路電話和一千萬(wàn)套電視，全國(guó)人民同時(shí)通話還用不完它的通訊容量。(2)平行度非常好與普通光相比，傳播相同距離的激光束的擴(kuò)散程度小，光線仍能保持很大的強(qiáng)度，保持它的高能量，利用這一點(diǎn)可以精確測(cè)距?，F(xiàn)在利用激光測(cè)量地月距離精確度已達(dá)到1m。(3)激光的亮度非常高它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量。如果把強(qiáng)大的激光束會(huì)聚起來，可使物體被照部分在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬(wàn)度的高溫。(4)激光單色性很好激光的頻率范圍極窄，顏色幾乎是完全一致的。例5關(guān)于激光的應(yīng)用問題，下列說法中正確的是()A．光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,使其在光導(dǎo)纖維中傳遞信息的B．計(jì)算機(jī)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(diǎn)C．醫(yī)學(xué)中用激光作“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(cè)距雷達(dá)”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識(shí)梳理〗知識(shí)點(diǎn)1直線后面相當(dāng)還小知識(shí)點(diǎn)2亮條紋變窄變暗越暗亮斑亮斑知識(shí)點(diǎn)3等距離窄亮窄增加反射透射知識(shí)點(diǎn)4也可能是不同的衍射偏振相同方向振動(dòng)偏振濾光片減弱知識(shí)點(diǎn)5相同恒定相同平行度很遠(yuǎn)測(cè)距信息空間時(shí)間切割光刀〖要點(diǎn)剖析〗例1〖答案〗BD〖解析〗上述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件，故B正確；由衍射產(chǎn)生的條件可知：絲越細(xì)衍射現(xiàn)象越明顯，故D也正確。例2〖答案〗B〖解析〗衍射圖樣和干涉圖樣的異同點(diǎn)：中央都出現(xiàn)明條紋，但衍射圖樣的中央明條紋較寬，兩側(cè)都出現(xiàn)明暗相間的條紋；干涉圖樣為等間隔的明暗相間的條紋，而衍射圖樣兩側(cè)為不等間隔的明暗相間的條紋且亮度迅速減弱。所以本題正確選項(xiàng)為B。例3〖答案〗C〖解析〗白熾燈發(fā)出的光為自然光，通過偏振片P后變成偏振光，旋轉(zhuǎn)P，A點(diǎn)光的強(qiáng)度不變；當(dāng)P與Q的偏振方向一致時(shí)，B點(diǎn)光的強(qiáng)度最大。當(dāng)P與Q的偏振方向垂直時(shí)，B點(diǎn)光的強(qiáng)度最小，所以選項(xiàng)C正確。例4〖答案〗BD〖解析〗放立體電影時(shí)有左右兩架放映機(jī)同時(shí)工作，如上圖所示，在每架放映機(jī)前裝有一塊偏振鏡子，其偏振方向互相垂直，因此從放映機(jī)前偏振鏡射出的兩束偏振光的偏振方向互相垂直，這兩束偏振光經(jīng)屏幕反射