第5章 3 光的衍射與偏振+4 激光

1、.3光的衍射與偏振4激光學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.觀察光的衍射現(xiàn)象進一步認(rèn)識光的波動性.2.理解光明顯衍射的條件，理解衍射圖樣重點3.觀察光的偏振現(xiàn)象，理解自然光與偏振光的區(qū)別難點4.理解激光的特點及其應(yīng)用，知道激光和自然光的區(qū)別.光的衍射 1單縫衍射現(xiàn)象1當(dāng)單縫較寬時，光沿著直線方向通過單縫，在光屏上可以看到一條跟單縫或圓孔寬度相當(dāng)?shù)牧辆€2把單縫調(diào)窄些，可以看到屏上亮線也隨之減小3當(dāng)單縫調(diào)到很窄時，光通過單縫后就明顯地偏離了直線傳播方向，到達屏上以后，不再是一條很窄的亮線，而是照到了相當(dāng)寬的地方，并且出現(xiàn)了明暗相間的條紋；再調(diào)小單縫，條紋也隨之變得明晰、細(xì)小2光的衍射光在傳播過程中遇到

2、障礙物或小孔狹縫時，繞過障礙物或通過小孔、狹縫傳播到陰影區(qū)域的現(xiàn)象3衍射圖像衍射時產(chǎn)生的明暗條紋或光環(huán)1白光通過盛水的玻璃杯，在適當(dāng)?shù)慕嵌?，可看到彩色光，是光的衍射現(xiàn)象×2菜湯上的油花呈現(xiàn)彩色，是光的折射現(xiàn)象×3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1白光經(jīng)單縫衍射和雙縫干預(yù)產(chǎn)生的條紋有什么共同特點？【提示】都是中央為白色條紋，兩側(cè)為彩色條紋2光遇到小孔、單縫或障礙物時，衍射現(xiàn)象可能發(fā)生，也可能不發(fā)生，這種說法對嗎？【提示】不對光遇到小孔、單縫或障礙物時，衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，無發(fā)生與不發(fā)生之別1三種衍射圖樣的比較1單縫衍射

3、圖樣如圖5­3­1所示單色光衍射白光衍射圖5­3­1中央條紋最亮，越向兩邊越暗；條紋間距不等，越靠外，條紋間距越小縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮紋的亮度降低中央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，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大用白光做單縫衍射時，中央亮條紋仍然是最寬最亮的白條紋2圓孔衍射圖樣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5­3­2所示圖5­3­2圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱用

4、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)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如圖5­3­3所示圖5­3­3中央是亮斑周圍的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小2單縫衍射與雙縫干預(yù)的異同點單縫衍射雙縫干預(yù)不同點產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生頻率一樣的兩列光相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬

5、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，兩邊變暗明晰條紋，亮度根本相等一樣點干預(yù)、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干預(yù)、衍射都有明暗相間的條紋1在單縫衍射實驗中，以下說法正確的選項是A將入射光由黃光換成綠光，衍射條紋間距變窄B使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬D增大單縫到屏的間隔 ，衍射條紋間距變寬E條紋間距與單縫到屏的間隔 無關(guān)【解析】當(dāng)單縫寬度一定時，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，即光偏離直線傳播的途徑越遠(yuǎn)，條紋間距也越大，A、C正確；當(dāng)光的波長一定時，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大，B錯誤；光的波長一定、單

6、縫寬度也一定時，增大單縫到屏的間隔 ，衍射條紋間距也會變寬，D正確，E錯誤【答案】ACD2如圖5­3­4甲、乙所示，是單色光通過窄縫后形成明暗相間的兩種條紋圖樣，_為單縫衍射的圖樣，_為雙縫干預(yù)的圖樣圖5­3­4【解析】甲圖中的條紋寬度不等，中央寬，兩側(cè)窄，應(yīng)為單縫衍射圖樣乙圖中的條紋等寬等距，應(yīng)為雙縫干預(yù)圖樣【答案】甲乙區(qū)分雙縫干預(yù)條紋與單縫衍射條紋的方法1根據(jù)條紋的寬度區(qū)分：雙縫干預(yù)的條紋是等寬的，條紋間的間隔 也是相等的；而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，兩側(cè)的條紋變窄2根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分：雙縫干預(yù)條紋，從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很??；而單縫衍射條

7、紋中央亮紋最亮，兩側(cè)的亮紋逐漸變暗光 的 偏 振 1光的干預(yù)和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性2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，只有沿這個方向振動的光波才能通過偏振片，這個方向叫做透光方向3線偏振光：光的振動方向限在一個平面內(nèi)的光4自然光：通常光源發(fā)出的光是由大量的振動方向不同而互不相干的線偏振光組成5光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波1但凡波都有偏振現(xiàn)象×2反射可以引起自然光的偏振3拍攝水中游魚時，在鏡前裝一偏振片是利用光的偏振現(xiàn)象1自然光和偏振光的主要區(qū)別是什么？【提示】在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，自然光沿所有方向振動，偏振光沿某一特定方向振動2自然光經(jīng)水面反射的光一定是偏振

8、光嗎？【提示】經(jīng)水面反射和折射的光都是偏振光1幾個概念1自然光沿各個方向均勻分布振動的光2偏振光沿著特定方向振動的光3起偏器自然光通過后變?yōu)槠窆獾钠衿?檢偏器檢測投射光是否為偏振光的偏振片2偏振原因光是橫波，是電磁波，電場強度E和磁感應(yīng)強度B的振動方向均與波傳播的方向垂直，所以光有偏振現(xiàn)象1自然光經(jīng)過反射或折射后會變成偏振光，如自然光射到兩介質(zhì)分界面時同時發(fā)生反射和折射反射角和折射角之和為90°時，反射光線和折射光線是光振動方向互相垂直的偏振光2光波的感光作用主要是由電場強度E引起的，因此常將E的振動稱為光振動在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光振動的方向可以沿任意的方向，光振動沿各個

9、方向均勻分布的光就是自然光，光振動沿著特定方向的光就是偏振光3偏振光的兩種產(chǎn)生方式1讓自然光通過偏振片2自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直3.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5­3­5所示，那么以下說法正確的選項是圖5­3­5AQ不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度不變BQ不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度時強時弱CP不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變DP不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時強時弱E偏振現(xiàn)象說明光是橫波【解析】P是

10、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(dāng)Q與P的透振方向平行時，通過Q的光強最大；當(dāng)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故正確答案為B、D、E.【答案】BDE4電子表的顯示屏利用了液晶的旋光性，當(dāng)液晶上不加電壓時，偏振光通過液晶時偏振方向會旋轉(zhuǎn)90°，這就是液晶的旋光性；假如在液晶上加上電壓，那么旋光性消失有一種電子表的顯示屏是透明的，而在顯示數(shù)字的筆畫處不透光，那么上下兩個偏振片的透振方向互相_；筆畫處為_電極，因此加上電壓時變?yōu)開的【解析】假設(shè)光從下向上傳播，光線通過下偏振片時成為偏振光，

11、假如不加電壓，偏振光通過液晶時偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，此光陰線能透過上偏振片，可知上偏振片的透振方向應(yīng)與此時偏振光的偏振方向一樣，即與下偏振片的透振方向垂直；組成數(shù)字的筆畫處有時透明，有時不透明，可知筆畫處為透明電極，當(dāng)加上電壓時液晶旋光性消失，光線不能透過【答案】垂直透明不透明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，這個方向叫做“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(dāng)偏振片的偏振方向與光的偏振方向的夾角不同時，透過偏振片的光的強度不同激 光 的 特

12、 性 及 其 應(yīng) 用 1激光的特性表達在以下幾個方面：強度大、方向性好、單色性好、相干性好、覆蓋波段寬而且可調(diào)諧2激光的應(yīng)用：根據(jù)激光的特性，在工、農(nóng)、科技及社會各方面有廣泛應(yīng)用，表達在以下幾方面：激光加工、激光全息照相、激光檢測、激光通信、激光醫(yī)學(xué)、激光照排、光盤等方面1激光可以進展光纖通信是利用了相干性好的特點2激光可用做“光刀來切開皮膚是利用激光的相干性好×3全息照相技術(shù)只能記錄光波的強弱信息×1利用激光測量地球到月球的間隔 ，應(yīng)用了激光哪方面的性質(zhì)？【提示】應(yīng)用了“平行度非常好的性質(zhì)2在演示雙縫干預(yù)的實驗時，常用激光作光源，這主要是應(yīng)用激光的什么特征？【提示】應(yīng)用了

13、激光單色性好的特性激光的應(yīng)用與對應(yīng)的特性特點性質(zhì)應(yīng)用強度大可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量激光加工激光醫(yī)學(xué)方向性好激光的平行度非常好、傳播很遠(yuǎn)的間隔 而不發(fā)散，仍能保持其高能量激光測距、雷達激光檢測、光盤單色性好激光的頻率范圍較窄、顏色幾乎是一樣的激光照排相干性好激光具有頻率一樣、相位差恒定、偏振方向一樣的特點干預(yù)、衍射光源激光全息照相覆蓋波段寬且可調(diào)諧用不同的激光器可獲得從X射線到遠(yuǎn)紅外波段的激光，且像無線電波一樣進展調(diào)制激光通信5對于激光的認(rèn)識，以下說法正確的選項是A普通光源發(fā)出的光都是激光B激光是自然界普遍存在的一種光C激光是一種人工產(chǎn)生的相干光D激光已經(jīng)深化我們生活的各個方面E激光具有單色性好、方向性好、亮度高的特點【解析】普通光源不能產(chǎn)生激光，A錯誤；激光要通過人工控制才能產(chǎn)生，B錯誤，C正確；激光具有單色性好、方向性好、亮度高的特點，已深化我們生活各個方面，D、E正確【答案】CDE6應(yīng)用激光平行性好的特性，可以準(zhǔn)確地測量間隔 對準(zhǔn)目的發(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的的間隔 假設(shè)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2.56 s，求月球到地球的間隔 大約是多少？【解析】真空中的光速c3.