2018-2019學(xué)年高中物理光的干涉衍射偏振第2講光的衍射光的偏振激光與

第2講光的衍射光的偏振激光與全息照相［目標(biāo)定位］1.觀察光的衍射現(xiàn)象，認(rèn)識衍射條紋的特點(diǎn).區(qū)分雙縫干涉與單縫衍射的圖樣.2.知道產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.3.觀察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波.4.知道自然光和偏振光的區(qū)別，知道偏振現(xiàn)象的一些應(yīng)用.5.了解激光的特性和應(yīng)用，知道全息照相的原理及特點(diǎn).聲預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)《梳理■識記?點(diǎn)撥 一、光的衍射.衍射現(xiàn)象⑴定義：光的傳播繞到原來應(yīng)該是陰影的范圍之內(nèi)的現(xiàn)象.⑵發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有當(dāng)障礙物或孔的尺寸接近光的波長甚至比光的波長更小時，衍射才是明顯的.⑶衍射現(xiàn)象是波動性最基本的表現(xiàn)之一.想一想衍射現(xiàn)象明顯就是衍射條紋更亮嗎？答案衍射現(xiàn)象明顯是指光繞到陰影區(qū)域的范圍更大，隨著縫、孔的減小，衍射條紋的寬度增大，但條紋亮度減弱..衍射對分辨本領(lǐng)的影響光學(xué)儀器上用的透鏡的直經(jīng)越小，產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)就越低一.衍射光柵⑴定義：在兩個螺桿上繃上許多平行的細(xì)金屬線，或者在玻璃片上刻上許多均勻細(xì)槽的光學(xué)器件.⑵種類：透射光柵和反射光柵.⑶透射光柵衍射圖樣是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果.多縫干涉的結(jié)果使光柵衍射的亮條紋的寬度比單縫衍射時窄得多，明條紋又細(xì)又亮.二、光的偏振.偏振現(xiàn)象：⑴波的偏振：如果橫波只沿著某一個特定的方向振動，在物理學(xué)上就叫做波的偏振.⑵只有橫波才存在偏振.⑶偏振光：通過偏振鏡的光..偏振片(1)自然光：在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，可沿任何方向振動，振動在平面內(nèi)的分布大致均勻的光.⑵I起偏器11偏振片的作用I自然光通過偏振片后，只有振動方向和“狹縫”方向一致的那些光波才能完全通過，而振動方向和“狹縫”垂直的光波就完全不能通過.偏振光能完全通過的方向稱為偏振器的偏振化方向.⑶起偏器和檢偏器①起偏器：用于獲得偏振光的偏振片.②檢偏器：為了檢查通過起偏器的光是不是偏振光，在起偏器后面再放的那一個偏振片.③起偏器和檢偏器都是偏振片.3.偏振現(xiàn)象的應(yīng)用：立體電影、照相機(jī)鏡頭前的偏振鏡、檢查應(yīng)力的分布情況、地震預(yù)報.三、激光與全息照相.激光及其特性激光是原壬受激輻射產(chǎn)生的光，激光光束中所有光子都是相互關(guān)聯(lián)的，它們的頻率一致、相位一致、偏振方向一致、傳播方向一致，所以激光具有單色性好、方向性強(qiáng)、亮度高等特點(diǎn)..激光的應(yīng)用(1)在家中，CD、VCD、有線電視;⑵在聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上，收集圖文信息、收發(fā)電子郵件、網(wǎng)上購物；(3)在醫(yī)院里，治療疾病、整容美容；(4)在軍事領(lǐng)域，激光制導(dǎo)炸彈、測量距離、踉蹤目標(biāo)、傳遞軍事情報..激光與全息照相(1)全息照相的原理全息照相是應(yīng)用光的干涉實(shí)現(xiàn)的.⑵全息照相與普通照相相比具有的突出特點(diǎn)：①觀察再現(xiàn)的圖象時，看到的三維立體圖象和原來的物體幾乎一模一樣.②發(fā)現(xiàn)一個物體部分被遮擋了，改變一下角度，就能觀察到被遮擋的部分.③一張全息照片的大部分被損壞或丟失，只留下一小部分，從這一小部分照片仍可再現(xiàn)原物的全貌.④可以在同一張底片上記錄多張圖象，再現(xiàn)時可以在不同的角度上分別觀察到兩個不同物體的像而不互相干擾.產(chǎn)課堂講義上理解,深化?探究 一、對光的衍射的理解.光產(chǎn)生明顯衍射的條件障礙物或小孔的尺寸跟光的波長相比差不多，甚至比光的波長小..衍射圖樣的特點(diǎn)

⑴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，中央為亮條紋.中央條紋最寬最亮，兩側(cè)的亮紋逐漸變暗變窄；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白條紋.②波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大；單縫不變時，光波波長越長的中央條紋寬，條紋間距大.圖1圖1⑵圓孔衍射：光通過小孔（孔很?。r，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán).如圖1所示.⑶圓板衍射（泊松亮斑）圖2圖2①若在單色光（如激光）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.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).【例1】在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是（）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.增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬解析當(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路徑越遠(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、單縫寬度也一定時，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會變寬，D正確.答案ACD二、單縫衍射與雙縫干涉的比較.不同點(diǎn)（1）產(chǎn)生條件《（1）產(chǎn)生條件《雙縫干涉：頻率相同的兩列光波相遇疊加’單縫衍射的圖樣是中央為最寬最亮的亮條紋，⑵圖樣,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.相同點(diǎn)(1)都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強(qiáng)或削弱的結(jié)果.⑵都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波.【例2】如圖3所示，a、b、c、d四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，A.a、b是光的干涉圖樣B.c、d是光的干涉圖樣C.形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長短D.形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長短解析干涉條紋是等間距的條紋，因此，a、b圖是干涉圖樣，c、d圖是衍射圖樣，故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯誤；由公式Ay=l入可知，當(dāng)l和d相同時，條紋寬的入射光的波長長，所以a圖樣的光的波長比b圖樣的光的波長長，故C項(xiàng)錯誤；c圖樣的光的波長比d圖樣的光的波長長，故D項(xiàng)錯誤.答案A三、對光的偏振的理解.偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是刻上的真實(shí)狹縫..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..自然光和偏振光自然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(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(與起偏器透振方向一致)舉例太陽、電燈、蠟燭火焰等直接發(fā)出的光自然光在介質(zhì)表面反射和折射形成的光.偏振現(xiàn)象的應(yīng)用舉例⑴在攝影中的應(yīng)用：在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，可以阻擋反射光進(jìn)入鏡頭.⑵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)一個液晶盒，可以控制光線顯示數(shù)字.⑶夜晚行車時，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3】如圖4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（）圖4A.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不變解析白熾燈光包含各方向的光，且各個方向的光強(qiáng)度相等，所以旋轉(zhuǎn)偏振片P時各方向透射光強(qiáng)度相同，故A點(diǎn)光的強(qiáng)度不變；白熾燈光經(jīng)偏振片P后為偏振光，只有Q與P的偏振方向一致時才有光透過Q,因此B點(diǎn)的光的強(qiáng)度有變化，選項(xiàng)C正確.答案C四、激光的應(yīng)用.利用激光通過光導(dǎo)纖維實(shí)現(xiàn)通信（利用激光的單色性好，便于調(diào)制）..激光雷達(dá)測距、測速（方向性好，結(jié)合多普勒效應(yīng)）..DVD、CD唱機(jī)、電腦光驅(qū)（方向性好）..醫(yī)學(xué)上的“激光刀”、激光雕刻、激光切割、激光焊接、受控核聚變（能量集中及高能量）..全息照相技術(shù).【例4】下列說法正確的是（）A.激光可用于測距B.激光能量十分集中，只可用于加工金屬材料C.外科研制的“激光刀”可以有效地減少細(xì)菌的感染D.激光可用于全息照相，有獨(dú)特的特點(diǎn)解析激光平行度好，即使在傳播了很遠(yuǎn)的距離之后，它仍保持一定的強(qiáng)度，此特點(diǎn)可用于激光測距，選項(xiàng)A正確；激光的亮度高，能量十分集中，可用于金屬加工、激光醫(yī)療、激光美容、激光武器等，選項(xiàng)B錯誤；激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它記錄了光的相位信息，所以看起來跟真的一樣，立體感較強(qiáng)，選項(xiàng)D正確；由于激光亮度高、能量

大，在切割皮膚的同時，也能殺滅細(xì)菌，所以選項(xiàng)C正確.答案ACD三對點(diǎn)練習(xí)餐鞏固，應(yīng)用■反饋 光的衍射現(xiàn)象1.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暗相間的直條紋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，不存在光的衍射解析單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮暗相間的直條紋.白光的衍射圖樣是彩色條紋.光照到不透明圓盤上，在其陰影處出現(xiàn)亮點(diǎn)，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(xiàng)中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象.答案AC單縫衍射與雙縫干涉的比較.如圖5所示，甲、乙為單色光通過窄縫后形成的明暗相間的兩種條紋圖樣.下列判斷正確的是（圖中黑色表示亮條紋）（）IIIII圖5A.甲為單縫衍射的圖樣B.乙為雙縫干涉的圖樣C.甲為雙縫干涉的圖樣D.乙為單縫衍射的圖樣解析雙縫干涉圖樣的條紋間隔是均勻的，單縫衍射的條紋是中間寬、兩側(cè)逐漸變窄，由此可見選項(xiàng)A、B正確.答案AB光的偏振.如圖6所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿00,方向射向A,此時在光屏C上，透射光的強(qiáng)度最大，則下列說法中正確的是（）

A.此時A、B的透振方向平行B.只有將B繞00,軸順時針旋轉(zhuǎn)90°,屏上透射光的強(qiáng)度才最弱，幾乎為零C.不論將A或B繞00,軸旋轉(zhuǎn)90°,屏上透射光的強(qiáng)度都將最弱，幾乎為零D.將A沿順時針旋轉(zhuǎn)180°,屏上透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零解析當(dāng)A、B兩偏振片的透振方向平行時，光屏上的光強(qiáng)度最大；當(dāng)二者透振方向垂直時，光屏上的光強(qiáng)度最小，幾乎為零，由此可知A、C選項(xiàng)正確.答案AC激光的特點(diǎn)及應(yīng)用.下列說法中正確的是（）A.激光是自然光被放大而產(chǎn)生的.激光是原子受激輻射而得到的加強(qiáng)光C.激光的能量一定大于其他光的能量D.激光的傳播速度比普通光大解析激光是由人工產(chǎn)生的光，它是由于原子受到激發(fā)而產(chǎn)生的，它具有平行度好、相干性強(qiáng)和亮度高的特點(diǎn)，其傳播速度仍然是光速，故B對.答案 B聲題組訓(xùn)練差解疑，糾偏，檢測 （時間:60分鐘）題組一光的衍射1.對于光的衍射現(xiàn)象的定性分析，下列說法正確的是（）A.只有障礙物或孔的尺寸跟光波波長相差不大甚至比波長還要小的時候，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象B.光的衍射現(xiàn)象是光波相互疊加的結(jié)果C.光的衍射現(xiàn)象否定了光沿直線傳播的結(jié)論D.光的衍射現(xiàn)象說明了光具有波動性解析光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象都說明了光具有波動性，而小孔成像說明光沿直線傳播，而要出現(xiàn)小孔成像，孔不能太小，光的直線傳播規(guī)律只是近似的，只有在光的波長比障礙物小很多的情況下，光才可以看成是直進(jìn)的，所以光的衍射現(xiàn)象和直線傳播是不矛盾的，它們是在不同條件下出現(xiàn)的兩種現(xiàn)象.答案ABD.關(guān)于衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A.泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象B.當(dāng)障礙物的尺寸比波長大很多時，能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象C.縫的寬度越小，光的傳播路線越接近直線D.只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象答案A.在一次觀察光衍射的實(shí)驗(yàn)中，觀察到如圖1所示的清晰的明暗相間圖樣（黑線為暗紋），那么障礙物應(yīng)是（）A.很小的不透明的圓板B.很大的中間有大圓孔的不透明的圓板C.很大的不透明圓板D.很大的中間有小圓孔的不透明的圓板解析由題圖可知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)，且越向外，圓形條紋寬度越小，可判斷此圖樣為圓孔衍射圖樣，選項(xiàng)D正確.答案D4.使太陽光垂直照射到一塊遮光板上，板上有可以自由收縮的正方形孔，孔的后面放置一個光屏，在正方形孔逐漸變小直至閉合的過程中，光屏上依次可以看到幾種不同的現(xiàn)象，試把下列現(xiàn)象依次排列.A.圓形光斑B.明暗相間的彩色條紋C.變暗消失D.正方形光斑E.正方形光斑由大變小解析由于光的波長很短，因此當(dāng)孔很大時，不會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，此時可看作光是近似沿直線傳播的，在屏上得到孔的影；隨著孔的減小，正方形的光斑逐漸減??；當(dāng)孔繼續(xù)減小時，雖不能使光發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，但可以在屏上得到太陽的像，即小孔成像，即圓形光斑；孔再繼續(xù)減小時，光開始發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，出現(xiàn)明暗相間的彩色條紋；孔進(jìn)一步減小直到閉合時，由于穿過光的能量減小而使光線變暗直至消失，故合理順序?yàn)镈EABC.答案DEABC題組二光的衍射與干涉的比較5.關(guān)于衍射，下列說法中正確的是（）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.雙縫干涉中也存在著光的衍射現(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(shí)解析干涉和衍射都是波疊加的結(jié)果，干涉中有衍射現(xiàn)象，衍射中也有干涉現(xiàn)象，故A、B對；當(dāng)障礙物的尺寸遠(yuǎn)大于波長時，衍射現(xiàn)象不明顯，因而形成影.但影的形成與衍射現(xiàn)象并不矛盾，故C、D錯.答案AB6.在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中可觀察到清晰的明暗相間的圖樣，圖2的四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是（）圖2a、cB.b、cC.a、dD.b、d解析單縫衍射條紋的特點(diǎn)是中央亮條紋最寬、最亮，雙縫干涉條紋的特點(diǎn)是等間距的條紋，所以a是干涉條紋，b、d是單縫衍射條紋，c是水波的衍射圖樣.答案D.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，現(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.與原來不相同的明暗相間的條紋，而中央亮條紋變寬些C.只有一條與縫寬對應(yīng)的亮條紋D.無條紋，只存在一片紅光解析雙縫為相干光源的干涉，單縫為光的衍射，且干涉和衍射的圖樣不同.衍射圖樣和干涉圖樣的異同點(diǎn)：中央都出現(xiàn)亮條紋，但衍射圖樣中央亮條紋較寬，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.答案B題組三光的偏振.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，說明光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)和由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)會有不同的現(xiàn)象;光的偏振現(xiàn)象說明光的振動方向與傳播方向垂直，即說明光是橫波，所以正確選項(xiàng)為D.答案D關(guān)于自然光和偏振光，以下說法正確的是（）A.自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，但是沿各個方向振動的光波的強(qiáng)度可以不相同B.偏振光是在垂直于傳播方向上，只沿著某一特定方向振動的光。自然光透過一個偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個偏振片后又還原為自然光D.太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光答案BD.光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，下列現(xiàn)象中能反映光的偏振特性的是（）A.一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光與折射光線之間的夾角恰好是900時，反射光是偏振光C.日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振光片，可以使景象更清晰D.通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋解析自然光通過第一個偏振片后形成單一振動方向的偏振光，再通過第二個偏振片時，若偏振片的透射方向與此偏振光的振動方向垂直，則無光透過第二個偏振片，若二者平行則透射光最強(qiáng)，故選項(xiàng)A反映了光的偏振現(xiàn)象；一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光與折射光線垂直時，反射光線和折射光線都是偏振光且偏振方向垂直，選項(xiàng)B反映了光的偏振；拍攝水中景物或玻璃櫥窗中景物時，由于水或玻璃表面反射光較強(qiáng)，使所拍攝景物不清晰，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振光片，使其透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以有效防止反射光進(jìn)入照相機(jī)，從而所拍景象更清晰，選項(xiàng)C反映了光的偏振；通過手指間的縫隙觀察日光燈，看到彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象，故選A、B、C.答案ABC圖311.如圖3所示，P是偏振片（用實(shí)線表示透振方向）為豎直方向，下列四種光束中，哪幾種照射P時能在P的另一側(cè)觀察到透射光（）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°角振動的光解析根據(jù)光的現(xiàn)象，只要光的振動方向不與偏振片的透振方向垂直，光都能通過偏振片，故A、B、D正確.答案ABD.在垂直于太陽光的傳播方向上，前后放置兩個偏振片P和Q.在Q的后邊放上光屏，以下說法正確的是（）Q不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P,屏上光的亮度不變Q不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P,屏上光的亮度時強(qiáng)時弱P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q,屏上的光的亮度不變P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q,屏上光的亮度時強(qiáng)時弱解析P是起偏器，它的作用是把太陽光（自然光）轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆猓撈窆獾恼駝臃较蚺cP