新教材2025版高中物理第四章光6.光的衍射7.光的偏振激光學生用書新人教版選擇性必修第一冊

6.光的衍射7.光的偏振激光新課程標準核心素養(yǎng)目標1.視察光的衍射和偏振現象，了解這些現象產生的條件，知道其在生產生活中的應用2．知道光是橫波3．通過試驗，了解激光的特性4．能舉例說明激光技術在生產生活中的應用物理觀念視察光的衍射現象，相識衍射條紋的特點；視察光的偏振現象，知道光是橫波科學思維知道產生明顯衍射的條件科學看法與責任知道偏振現象的應用必備學問·自主學習——突出基礎性素養(yǎng)夯基一、光的衍射1.定義光通過很小的狹縫(或圓孔)時，明顯地偏離了________，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當寬的地方，這就是光的衍射現象．2．單縫衍射：單色光通過狹縫時，在屏幕上出現________相間的條紋，中心為________條紋，中心條紋最寬最亮，其余條紋變窄變暗．3．產生明顯衍射現象的條件：障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長________，甚至比光的波長還要________．4．衍射光柵：(1)結構：有很多等寬的狹縫________排列起來形成的光學元件．狹縫的個數越多，衍射條紋的寬度越窄，亮度越高．(2)衍射圖樣的特點：與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度________．(3)衍射光柵的種類：________光柵和________光柵．情境思索：在十字路口為什么用紅色燈作為停止的信號燈呢？提示：停止信號燈之所以選擇紅色，一方面是由于我們的眼睛對紅色比較敏感，敏感度超過黃色或綠色；另一方面是由于在可見光中紅光的波長最長．簡單穿透空氣中的水霧和煙塵，即波動性較強，靠衍射現象繞過水霧和煙塵．而其他的光波長較短，簡單受到空氣中浮動的粒子擾亂，因此紅光比其他各種顏色的光更簡單透過空氣傳到遠方．二、光的偏振1．偏振(1)“偏振現象”：不同的橫波，即使傳播方向________，振動方向也可能是________的．這個現象稱為“偏振現象”．橫波的振動方向稱為“偏振方向”．(2)讓繩穿過一塊帶有狹縫的木板，先后將狹縫與振動方向平行放置及與振動方向垂直放置(如圖)．對于圖甲的情形，繩上的橫波________穿過狹縫，而對于圖乙的情形則________．2.光的偏振(1)偏振片：偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個________的方向，沿著這個方向振動的光波能順當________偏振片，偏振方向與這個方向垂直的光不能通過，這個方向叫作“透振方向”．(2)自然光：太陽、電燈等一般光源發(fā)出的光，包含著在______于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的________都相同．(3)偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著____________振動的光．3．偏振現象的應用：在照相機鏡頭前裝一片____________、電子表的液晶顯示等．三、激光的特點及其應用1．激光：傳播方向、偏振、相位等性質完全________的光波，這就是激光．2．激光的特點及應用特點性質應用純凈性高激光具有頻率單一、相位差恒定、偏振方向相同的特點，是人工產生的相干光，具有高度的純凈性，即相干性光纖通信平行度好激光的平行度特別好，傳播很遠的距離后仍能保持肯定的強度精確地測距；供應目標指引；讀取光盤上記錄的信息等亮度高它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量用激光束切割、焊接；醫(yī)學上可以用激光作“光刀”【思索辨析】推斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”．(1)使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄．()(2)菜湯上的油花呈現彩色，是光的折射現象．()(3)換用波長較長的光照耀，衍射條紋間距變寬．()(4)凡是波都有偏振現象．()(5)反射可以引起自然光的偏振．()情境思索：如圖所示是立體電影中的圖片．為什么立體電影會產生如此奇妙的效果？提示：在觀看立體電影時，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對透振方向相互垂直的偏振片．關鍵實力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一光的衍射探究總結1.單縫衍射圖樣的特點(1)中心條紋最亮、越向兩邊越暗，條紋間距不等；中心條紋最寬，越靠外，條紋間距越窄．(2)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．(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．入射光波長越長，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．如圖所示．2．圓孔衍射圖樣的兩個特點單色光的圓孔衍射圖樣中心亮圓的亮度大，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．白光的圓孔衍射圖樣中心亮圓為白色，四周是彩色圓環(huán)．如圖所示．3．障礙物的衍射圖樣的特點各種不同形態(tài)的障礙物都能使光發(fā)生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現明暗相間的條紋．如圖所示．典例示范例1如圖所示的四幅明暗相間的條紋，分別是紅光經過間距不同的雙縫及寬度不同的單縫所形成的．則在下面的四幅圖中(甲、乙、丙、丁)依次對應的是()A．雙縫寬間距，雙縫窄間距，寬單縫，窄單縫B．雙縫窄間距，雙縫寬間距，窄單縫，寬單縫C．寬單縫，窄單縫，雙縫寬間距，雙縫窄間距D．窄單縫，寬單縫，雙縫窄間距，雙縫寬間距課堂筆記針對訓練1(多選)沙塵暴是由土地沙漠化引起的一種惡劣的天氣現象，發(fā)生沙塵暴時能見度只有十幾米，天氣變黃變暗，這是由于這種狀況下()A．只有波長較短的一部分光才能到達地面B．只有波長較長的一部分光才能到達地面C．只有頻率較大的一部分光才能到達地面D．只有頻率較小的一部分光才能到達地面針對訓練2關于下列四幅圖中所涉及的物理學問的論述中，正確的是()A．甲圖是光的干涉圖樣B．乙圖是光的衍射圖樣C．丙圖是光的折射原理D．丁圖是光導纖維利用光的全反射原理，其內芯折射率小于外套的折射率探究點二光的偏振探究總結1.自然光通過偏振片后變成偏振光．2．當偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角不同時，通過偏振片的光的強度不同．3．當偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角為90°時，將無光通過偏振片．4．只有橫波才有偏振現象，縱波無偏振現象，光的偏振現象證明光是橫波．典例示范例2如圖所示，兩光屏間放有兩個透振方向相互平行的偏振片，現讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照耀到偏振片P上，再通過偏振片Q，現以光的傳播方向為軸使偏振片P由圖示位置旋轉90°，下列說法正確的是()A.M、N間為偏振光B．P、Q間為自然光C．P、Q間的光線亮度漸漸變暗D．光屏N上的亮度漸漸變暗針對訓練3下面關于光的偏振現象的應用正確的是()A．立體電影利用了光的干涉現象B．為了增加光的透射率，照相機鏡頭表面的鍍膜是利用了光的偏振現象C．茶色眼鏡利用了光的偏振現象D．拍攝日落時分水面下的景物時，在照相機鏡頭前裝一個偏振片可減弱水面反射光的影響針對訓練4(多選)如圖所示是立體電影的工作原理圖，觀眾戴上一副特別的眼鏡就能看到屏幕上的立體圖像．關于立體電影，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．這副眼鏡其實就是一對偏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，則屏幕上只是一片光亮而無圖像D．產生立體視覺是因為人的兩只眼睛同時視察物體時，在視網膜上形成的像并不完全相同探究點三激光的應用探究總結激光作為一種人造光源，在科研、通信、工業(yè)生產、軍事科技等領域都有著廣泛應用，如：(1)激光雷達——利用激光的平行度好(2)讀盤——利用激光的平行度好(3)醫(yī)用激光刀——利用激光的亮度高(4)切割金屬等難熔物質——利用激光的亮度高(5)激光育種——利用激光的亮度高(6)引起核聚變——利用激光的亮度高(7)作為干涉、衍射的光源——利用其單色性好典例示范例3(多選)關于應用激光的事例中，下列說法正確的是()A．激光平行度好可以用于測距B．激光能量特別集中，為治療近視眼而研制的“激光刀”就利用了這個特點，優(yōu)點是有效地削減了細菌的感染C．激光的亮度高，可以用于城市廣場照明D．激光的相干性好，可用于雙縫干涉試驗課堂筆記思維方法激光相關問題解題關鍵(1)熟記激光的主要特點及應用．(2)激光作為一種光，具有光的一切性質，能發(fā)生衍射、干涉、反射、折射等，遵從反射定律、折射定律等．針對訓練5(多選)將激光束的寬度聚焦到納米級(10－9m)范圍內，可修復人體已損壞的器官，可對DNA分子進行超微型基因修復，把至今尚令人無奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除，以上功能是利用了激光的()A．單色性好B．平行度好C．粒子性D．能量高針對訓練6關于激光的應用問題，下列說法正確的是()A．全息照相利用了激光平行度特別好的特點B．激光測距雷達利用了激光平行度好的特點C．用激光束來切割或焊接很硬的材料利用了激光平行度好的特點D．用激光讀取DVD光盤上的信息利用了激光有相干性的特點課堂檢測·素養(yǎng)提升——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達標1．甲圖是太陽光照耀下，肥皂膜表面出現的彩色條紋；乙圖是激光照耀下，針尖的影子，它的輪廓模糊不清，出現明暗相間的條紋．下列說法正確的是()A．二者都是光的衍射現象B．二者都是光的干涉現象C．甲是光的干涉現象，乙是光的衍射現象D．甲是光的衍射現象，乙是光的干涉現象2．激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特點，在科學技術和日常生活中應用廣泛．下面關于激光的敘述正確的是()A．激光是縱波B．頻率相同的激光在不同介質中的波長相同C．兩束頻率不同的激光能產生干涉現象D．利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離3．(多選)在城市交通中，選用紅燈表示禁止通行，其緣由是()A．紅光簡單產生干涉B．紅光照耀的距離大C．紅光簡單引起人們的視覺反應D．紅光簡單產生衍射4．(多選)如圖，P是一偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實線表示)為豎直方向．下列四種入射光束中哪幾種照耀P時能在P的另一側視察到透射光()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5．某同學運用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進行光的衍射試驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()6．光的衍射7．光的偏振激光必備學問·自主學習一、1．直線傳播2．明暗亮3．差不多小4．等距離增加透射反射二、1．相同不同能不能2．特定通過垂直強度某個特定的方向3．偏振濾光片三、1．相同思索辨析答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√關鍵實力·合作探究探究點一【例1】【解析】雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，全部條紋寬度相同且等間距，故甲、乙兩圖是雙縫干涉現象，依據雙縫干涉條紋間距Δx＝lλd可知雙縫間距d越小，Δ【答案】A針對訓練1解析：據光發(fā)生衍射的條件，發(fā)生沙塵暴時，只有波長較長的一部分光線能到達地面，據λ＝cf知，到達地面的答案：BD針對訓練2解析：甲圖是光的衍射圖樣，乙圖是光的干涉圖樣，A、B錯誤；丙圖是光的折射原理，C正確；丁圖中光導纖維的內芯折射率大于外套的折射率，D錯誤．答案：C探究點二【例2】【解析】A、B錯：M、P間為自然光，經過偏振片P后變?yōu)槠窆?，因此P、Q與Q、N間為偏振光．C錯：由于自然光沿著各個方向振動的光波的強度都相同，因此在偏振片P旋轉過程中，P、Q間的光線亮度不變．D對：當偏振片P與偏振片Q垂直時，光屏N上沒有亮度，則旋轉過程中光屏N上光的亮度漸漸變暗．【答案】D針對訓練3解析：A錯：放映立體電影的時候用雙鏡頭放映機，兩個鏡頭前放有偏振方向不同的偏振片，觀眾戴的眼鏡上也有相對應方向的偏振片，這樣每只眼睛就只能看到一個鏡頭所投影的圖像．B錯：為了增加光的透射率，照相機鏡頭表面的鍍膜是利用了光的薄膜干涉現象．C錯：茶色眼鏡利用了金屬化合物在玻璃中變更，從而形成色調．D對：拍攝日落時分水面下的景物時，為減小反射光的影響，在照相機鏡頭前裝一個偏振片．答案：D針對訓練4解析：放映立體電影時有左右兩架放映機同時工作，在每架放映機前裝有一塊偏振鏡子，其偏振方向相互垂直，因此從放映機前偏振鏡射出的兩束偏振光的偏振方向相互垂直，這兩束偏振光經屏幕反射其偏振方向不變更，觀眾所戴的偏振眼鏡的兩只鏡片偏振方向相互垂直，且左眼鏡片跟左邊放映機前偏振鏡的偏振方向一樣，這樣，左眼只能看剄左邊放映機放映出的畫面，右眼只能看到右邊放映機放映出的畫面，兩眼看到的畫面略有差別，因而產生立體感，因此B、D選項正確．答案：BD探究點三【例3】【解析】激光平行度好，即使傳播了很遠的距離之后，它仍保持肯定的強度，此特點可用于激光測距，A正確；激光的亮度高，能量特別集中，可應用于金屬的加工、激光醫(yī)療