2024-2025學(xué)年高中物理第十三章光5光的衍射6光的偏振學(xué)案新人教版選修3-4

PAGE12-5光的衍射6光的偏振一、光的衍射1．衍射現(xiàn)象和衍射條紋(1)衍射現(xiàn)象：光通過(guò)很窄的縫或很小的孔時(shí)，光沒(méi)有沿直線傳播，而是繞過(guò)縫或孔的邊緣傳播到相當(dāng)寬的地方的現(xiàn)象．(2)衍射條紋特點(diǎn)：衍射條紋是一些明暗相間的條紋，中心條紋最寬、最亮，離中心條紋越遠(yuǎn)，亮條紋的寬度越窄，亮度越低．2．光產(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)相差不多．二、衍射光柵1．衍射光柵的結(jié)構(gòu)：由很多等寬的狹縫等距排列起來(lái)形成的光學(xué)儀器．2．衍射圖樣的特點(diǎn)：與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加．3．衍射光柵的種類：反射光柵、透射光柵．三、光的偏振1．自然光和偏振光(1)自然光：太陽(yáng)、電燈等一般光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同．(2)偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)的光．(3)光的偏振現(xiàn)象，表明光是一種橫波．2．光的偏振你看過(guò)立體電影嗎？你知道它的原理嗎？在觀看立體電影時(shí)，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，從銀幕上看到的景象才有立體感．假如不戴這副眼鏡看，銀幕上的圖像就模糊不清了．你知道這是為什么嗎？提示：立體電影是應(yīng)用光的偏振現(xiàn)象的一個(gè)例子．觀眾所戴的眼鏡是一對(duì)透振方向相互垂直的偏振片．人的兩只眼睛同時(shí)視察物體，不但能擴(kuò)大視野，而且能推斷物體的遠(yuǎn)近，產(chǎn)生立體感．這是由于人的兩只眼睛同時(shí)視察物體時(shí)，在視網(wǎng)膜上形成的像并不完全相同，左眼看到物體的左側(cè)面較多，右眼看到物體的右側(cè)面較多，這兩個(gè)像經(jīng)過(guò)大腦綜合以后就能區(qū)分物體的前后、遠(yuǎn)近，從而產(chǎn)生立體視覺(jué)．立體電影是用兩個(gè)鏡頭如人眼那樣從兩個(gè)不同方向同時(shí)拍攝下景物的像，制成電影膠片．在放映時(shí)，通過(guò)兩個(gè)放映機(jī)，把用兩個(gè)攝影機(jī)拍下的兩組膠片同步放映，使這略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上．這時(shí)假如用眼睛干脆觀看，看到的畫面是模糊不清的，要看到立體電影，就要在每架電影機(jī)前裝一塊偏振片，它的作用相當(dāng)于起偏器．從兩架放映機(jī)射出的光，通過(guò)偏振片后，就成了偏振光．左右兩架放映機(jī)前的偏振片的偏振方向相互垂直，因而產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也相互垂直．這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾處，偏振光方向不變更．觀眾用上述的偏振眼鏡觀看，每只眼睛只看到相應(yīng)的偏振光圖像，即左眼只能看到左機(jī)映出的畫面，右眼只能看到右機(jī)映出的畫面，這樣就會(huì)像干脆觀看那樣產(chǎn)生立體感覺(jué)．考點(diǎn)一光的衍射現(xiàn)象1．定義：光照到小孔或障礙物上之后，離開(kāi)直線傳播的路徑，在背后的陰影區(qū)形成明暗相間的條紋的現(xiàn)象．2．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸跟光波波長(zhǎng)相差不大或比光波波長(zhǎng)還要小，才能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象．3．衍射條紋的特點(diǎn)：①單色光通過(guò)單縫衍射時(shí)，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，且中間亮條紋又寬又亮，兩側(cè)對(duì)稱出現(xiàn)的亮條紋寬度窄且亮度隨距中間亮條紋的距離的增加而快速降低，而暗條紋的寬度明顯小于亮條紋．②光屏上相鄰兩條亮(或暗)條紋的距離不等．③白光通過(guò)單縫衍射時(shí)，光屏上出現(xiàn)的是中間較寬的白色條紋，白色條紋的兩側(cè)對(duì)稱分布著彩色條紋．4．衍射條紋產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)：衍射條紋的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上是光波發(fā)生干涉的結(jié)果，即相干波疊加的結(jié)果．當(dāng)光源發(fā)出的光照耀到小孔或障礙物時(shí)，小孔處或障礙物的邊緣可看成很多點(diǎn)光源，這些點(diǎn)光源是相干光源，發(fā)出的光相互干涉，形成明暗相間的條紋．5．光的衍射和機(jī)械波的衍射相同，都不須要條件，但發(fā)生明顯的衍射是須要條件的，都是障礙物或孔的尺寸與波長(zhǎng)相差不大，或小于波長(zhǎng)，由于光波的波長(zhǎng)很小，不易滿意衍射條件．【例1】關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說(shuō)法正確的有()A．只有當(dāng)光的波長(zhǎng)等于障礙物或小孔的尺寸時(shí)，才會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B．當(dāng)光的波長(zhǎng)大于障礙物的尺寸時(shí)，完全不發(fā)生光的衍射現(xiàn)象C．發(fā)生單縫衍射時(shí)，若減小單縫寬度，條紋變亮D．發(fā)生單縫衍射時(shí)，若略微增大單縫寬度，條紋變亮【導(dǎo)思】1.光發(fā)生衍射必需有條件嗎？2．衍射現(xiàn)象越明顯是不是條紋越亮呢？【解析】本題易錯(cuò)選A、B，是因?yàn)闆](méi)有很好地理解衍射的條件．光離開(kāi)直線傳播的路徑進(jìn)入障礙物的陰影里去的現(xiàn)象叫做光的衍射．任何障礙物都可以使光發(fā)生衍射，但當(dāng)障礙物或孔的尺寸跟光的波長(zhǎng)相差不多或小于光的波長(zhǎng)時(shí)，將產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象．現(xiàn)象“明顯”了，才簡(jiǎn)單被視察到．當(dāng)發(fā)生單縫衍射時(shí)，縫寬越小，衍射越明顯．但由于單縫窄通過(guò)單縫的光的能量少，故而圖樣將變暗．選C是誤認(rèn)為衍射越明顯就是衍射條紋越亮．【答案】D(1)衍射是光所具有的特點(diǎn)，使光發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象則須要滿意肯定的條件．(2)衍射條紋的亮度是由光照耀的能量確定的，并不是衍射現(xiàn)象越明顯條紋越亮．視察單縫衍射現(xiàn)象時(shí)，把縫寬由0.2mm漸漸增大到0.8mm，看到的現(xiàn)象是(A)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(lái)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(huì)發(fā)生解析：由單縫衍射試驗(yàn)的視察可知，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，本題是將縫調(diào)寬，現(xiàn)象向相反的方向變更，故選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)．考點(diǎn)二衍射與干涉的區(qū)分1．幾種衍射現(xiàn)象(1)單縫衍射圖樣①縫變窄，通過(guò)的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮紋的亮度降低．②中心亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長(zhǎng)及單縫寬度有關(guān)，入射光波長(zhǎng)越大，單縫越窄，中心亮條紋的寬度及條紋間距就越大．③用白光做單縫衍射時(shí)，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)，當(dāng)圓孔的直徑取某些特定值時(shí)，圓形亮斑的中心還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)黑斑，且越靠外，環(huán)形亮條紋的亮度越弱，寬度越?。鐖D所示．②只有圓孔足夠小時(shí)，才能得到明顯的衍射圖樣．在圓孔由較大直徑漸漸減小的過(guò)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．③用不同色光照耀圓孔時(shí)，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長(zhǎng)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圓孔越小，中心亮斑的直徑越大，同時(shí)亮度越弱．(3)不透亮的小圓板衍射圖樣①泊松亮斑圖樣中的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小．②與圓孔衍射圖樣比較a．均是明暗相間的環(huán)形條紋，中心均有亮斑．b．圓孔衍射圖樣中心亮斑較大，而泊松亮斑較小．c．圓孔衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而增大，圓板衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減?。甦．圓孔衍射圖樣的背景是黑暗的，而小圓板衍射圖樣中的背景是光明的．2．單縫衍射與雙縫干涉的比較【例2】(多選)關(guān)于衍射，下列說(shuō)法正確的是()A．衍射條紋的出現(xiàn)是光疊加后產(chǎn)生的結(jié)果B．雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象C．一切波都很簡(jiǎn)單發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．影的存在是一個(gè)與衍射現(xiàn)象相沖突的客觀事實(shí)【導(dǎo)思】1.光的干涉和衍射現(xiàn)象的區(qū)分是什么？2．光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象有什么聯(lián)系？【解析】衍射是很困難的光波的疊加現(xiàn)象，雙縫干涉中光通過(guò)三個(gè)狹縫時(shí)均發(fā)生衍射現(xiàn)象，一般現(xiàn)象中既有干涉又有衍射．一切波都能發(fā)生衍射，但要發(fā)生明顯的衍射，須要滿意障礙物的尺寸小于波長(zhǎng)或與波長(zhǎng)相差不大的條件．雙縫干涉離不開(kāi)衍射現(xiàn)象，衍射條紋是光波疊加的結(jié)果．【答案】AB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)在將其中一條窄縫攔住，讓這束紅光只通過(guò)一條窄縫，則在光屏上可以看到(B)A．與原來(lái)相同的明暗相間的條紋，只是明條紋比原來(lái)暗些B．與原來(lái)不同的明暗相間的條紋，而中心明條紋變寬些C．只有一條與縫寬相對(duì)應(yīng)的明條紋D．無(wú)條紋，只存在一片紅光解析：本題中紅光通過(guò)雙縫時(shí)產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象，說(shuō)明每條縫都很窄，也應(yīng)滿意發(fā)生明顯衍射的條件，所以攔住一條縫時(shí)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，出現(xiàn)單縫衍射條紋．條紋的特點(diǎn)是中心亮條紋較寬且亮度大，應(yīng)選B.考點(diǎn)三偏振現(xiàn)象1．光的偏振(1)自然光：太陽(yáng)、電燈等一般光源發(fā)出的光，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)度都相同．這種光是自然光．(2)偏振光：光在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)．這種光叫做偏振光．(3)偏振光一般用自然光透過(guò)偏振片得到．(4)偏振光的另一種產(chǎn)生方式：自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，假如光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．2．用偏振光驗(yàn)證光是一種橫波只有一個(gè)振動(dòng)方向的光叫偏振光．如經(jīng)過(guò)偏振片后的自然光．若偏振光再經(jīng)過(guò)一個(gè)偏振片后，狀況會(huì)怎樣呢？如圖1所示，當(dāng)兩偏振片的“狹縫”平行時(shí)，光屏上仍有亮光．當(dāng)兩偏振片的“狹縫”相互垂直時(shí)，透射光的強(qiáng)度幾乎為零，光屏上是暗的．如圖2所示．光的偏振現(xiàn)象表明：光是一種橫波．【例3】?jī)蓚€(gè)偏振片緊靠在一起，將它們放在一盞燈的前面以致沒(méi)有光通過(guò)．假如將其中的一片旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生下述的哪一種現(xiàn)象()A．透過(guò)偏振片的光先增加，然后又減弱到零B．透過(guò)的光先增加，然后減弱到非零的最小值C．透過(guò)的光在整個(gè)過(guò)程中都增加D．透過(guò)的光先增加，再減弱，然后又增加【導(dǎo)思】每個(gè)偏振片都有一個(gè)固定的偏振方向，燈光為自然光，通過(guò)一個(gè)偏振片后則變成偏振光．【解析】起偏器和檢偏器的偏振方向垂直時(shí)，沒(méi)有光通過(guò)，偏振方向平行時(shí)，光的強(qiáng)度達(dá)到最大．當(dāng)其中一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過(guò)程中，兩偏振片的偏振方向由垂直到平行再到垂直，所以通過(guò)的光先增加，又減小到零，故選A.【答案】A(多選)在垂直于太陽(yáng)光的傳播方向前后放置兩個(gè)偏振片P和Q，在Q的后邊放上光屏，如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是(BD)A．Q不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度不變B．Q不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱C．P不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變D．P不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱解析：P是起偏器，它的作用是把太陽(yáng)光(自然光)轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆?，該偏振光的振?dòng)方向與P的透振方向一樣．所以當(dāng)Q與P的透振方向平行時(shí)，通過(guò)Q的光強(qiáng)最大；當(dāng)Q與P的透振方向垂直時(shí)，通過(guò)Q的光強(qiáng)最小．即無(wú)論旋轉(zhuǎn)P或Q，屏上的光強(qiáng)都是時(shí)強(qiáng)時(shí)弱．考點(diǎn)四偏振現(xiàn)象的應(yīng)用①光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用．如在拍攝日落時(shí)水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳設(shè)物時(shí)，由于水面或玻璃表面的反射光的干擾，常使景像不清晰，假如在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使景像清晰．②夜晚行車時(shí)，對(duì)方車燈照耀過(guò)來(lái)的光很強(qiáng)，若加一個(gè)偏振片，可減弱對(duì)眼睛的照耀．③立體電影也是利用了光的偏振原理．平常我們所看到的光，除干脆從光源射來(lái)的以外絕大部分都是偏振光．④各種液晶顯示器．【例4】在拍攝日落水面下的景物時(shí)，應(yīng)在照相機(jī)鏡頭前裝一個(gè)偏振片，其目的是()A．減弱反射光，從而使景物的像清晰B．增加反射光，從而使景物的像清晰C．增加透射光，從而使景物的像清晰D．減弱透射光，從而使景物的像清晰【導(dǎo)思】拍水面下景物時(shí)，由于水面反射光，會(huì)使景物的像不清晰．【解析】反射光為偏振光，當(dāng)照相機(jī)鏡頭前裝一個(gè)偏振片時(shí)，調(diào)整偏振片的方向可減弱進(jìn)入鏡頭的反射光，從而使景物的像清晰，故A正確．【答案】A(多選)毒奶粉作為食品加工業(yè)中的添加劑或調(diào)味劑，做成了糖果面包等，讓人防不勝防．奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來(lái)測(cè)量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量．偏振光通過(guò)糖的水溶液后，偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α，這一角度α稱為“旋光度”．α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測(cè)樣品的含糖量了．如下圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間，則下列說(shuō)法中正確的是(ACD)A．到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B．到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C．將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片B轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于αD．將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最大，偏振片A轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于α解析：A、B間不放糖溶液時(shí)，自然光通過(guò)偏振片A后，變成偏振光，通過(guò)B后到O.當(dāng)在A、B間放糖溶液時(shí)，由于溶液的旋光作用，使通過(guò)A的偏振光振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了肯定角度，通過(guò)B到達(dá)O處的光強(qiáng)會(huì)明顯減弱，A正確，B錯(cuò)誤；但當(dāng)B轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，恰好使透振方向與經(jīng)過(guò)糖溶液后的偏振光振動(dòng)方向一樣時(shí)，O處光強(qiáng)又為最強(qiáng)，故B的旋轉(zhuǎn)角度即為糖溶液的旋光度；因?yàn)锳、B的偏振方向一樣，故轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片A也可以，D正確．1．(多選)抽制高強(qiáng)度纖維細(xì)絲可用激光監(jiān)控其粗細(xì)，如圖所示，視察光束經(jīng)過(guò)細(xì)絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可推斷細(xì)絲粗細(xì)的變更，下列說(shuō)法正確的是(AD)A．這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象B．這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象C．假如屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D．假如屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細(xì)解析：本題為光的衍射現(xiàn)象在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，考查光的衍射現(xiàn)象，若障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相比差不多或更小，衍射現(xiàn)象較明顯．通過(guò)視察屏上條紋的變更狀況，從而監(jiān)控抽制的細(xì)絲的狀況，故A、D正確．2．(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說(shuō)法正確的是(AC)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黑相間的直條紋C．光照到不透亮小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說(shuō)明發(fā)生了衍射D．光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說(shuō)明光沿著直線傳播，不存在光的衍射解析：?jiǎn)紊庹盏姜M縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是明暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋．光照到不透亮小圓盤上，在其陰影中心處出現(xiàn)亮點(diǎn)，