2017-2018學(xué)年高中物理 第十三章 光 第5節(jié) 光的衍射 第6節(jié) 光的偏振學(xué)案 新人教版選修3-4

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1、 13.5　光的衍射 13.6　光的偏振 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道光的衍射現(xiàn)象，知道幾種衍射現(xiàn)象的圖樣． 2．理解光產(chǎn)生明顯衍射的條件．(重點(diǎn)) 3．知道光的偏振現(xiàn)象，知道偏振是橫波特有的性質(zhì)．(難點(diǎn)) 4．知道偏振光和自然光，知道偏振光的應(yīng)用. 光的衍射 1．定義：光通過(guò)很小的狹縫(或圓孔)時(shí)，明顯地偏離了直線傳播的方向，在屏上應(yīng)該出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)明條紋或亮斑，應(yīng)該屬于亮區(qū)的地方也會(huì)出現(xiàn)暗條紋或暗斑的現(xiàn)象． 2．衍射圖象：衍射時(shí)產(chǎn)生的明暗條紋或光環(huán)． 3．單縫衍射：?jiǎn)紊馔ㄟ^(guò)狹縫時(shí)，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

2、寬最亮，其余條紋變窄變暗；白光通過(guò)狹縫時(shí)，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白條紋． 4．圓孔衍射：光通過(guò)小孔時(shí)(孔很小)在屏幕上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)． 5．泊松亮斑：障礙物的衍射現(xiàn)象． 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． 6．衍射光柵 (1)結(jié)構(gòu) 由許多等寬的狹縫等距離排列起來(lái)形成的光學(xué)儀器． (2)衍射圖樣特點(diǎn) 與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加． 1．白光通過(guò)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，

3、形成一個(gè)狹縫，使狹縫平行于日光燈，會(huì)看到彩色的衍射條紋．(√) 1．白光經(jīng)單縫衍射和雙縫干涉產(chǎn)生的條紋有什么共同特點(diǎn)？ 【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(shí)，衍射現(xiàn)象可能發(fā)生，也可能不發(fā)生，這種說(shuō)法對(duì)嗎？ 【提示】　不對(duì)．光遇到小孔、單縫或障礙物時(shí)，衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，無(wú)發(fā)生與不發(fā)生之別． 1．產(chǎn)生明顯衍射的條件 障礙物的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相近或比光的波長(zhǎng)還要小時(shí)能產(chǎn)生明顯的衍射．對(duì)同樣的障礙物，波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光，衍射現(xiàn)象越明顯；對(duì)某種波長(zhǎng)的光，障礙物越小，衍射現(xiàn)象越明顯．由于波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，所以觀察到聲波的衍射現(xiàn)象

4、就比觀察到光波的衍射現(xiàn)象容易得多． 2．三種不同的衍射現(xiàn)象及特點(diǎn) (1)單縫衍射． ①現(xiàn)象：如圖13-5-1所示，點(diǎn)光源S發(fā)出的光經(jīng)過(guò)單縫后照射到光屏上，若縫較寬，則光沿直線傳播，傳播到光屏上的AB區(qū)域；若縫足夠窄，則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區(qū)，在AA′，BB′區(qū)出現(xiàn)亮暗相間的條紋，即發(fā)生了衍射現(xiàn)象． 圖13-5-1 ②單縫衍射圖樣的四個(gè)特點(diǎn)： a．中央條紋亮而寬； b．兩側(cè)亮條紋具有對(duì)稱性，亮條紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱； c．波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大，單縫不變時(shí)，光波波長(zhǎng)大的中央條紋寬，條紋間距大； d．白光的單縫衍射條紋中央為白色亮條紋，

5、兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近白色亮條紋的內(nèi)側(cè)為紫色． (2)圓孔衍射． ①現(xiàn)象：圓孔衍射如圖13-5-2所示，當(dāng)擋板AB上的圓孔較大時(shí)，光屏上出現(xiàn)如圖13-5-3甲所示的情形，光沿直線傳播，無(wú)明顯衍射現(xiàn)象發(fā)生；當(dāng)擋板AB上的圓孔很小時(shí)，光屏上出現(xiàn)如圖13-5-3乙所示的衍射圖樣，出現(xiàn)亮、暗相間的圓環(huán)． 圖13-5-2　　　　　　　　　　　圖13-5-3 ②圓孔衍射圖樣的兩個(gè)特點(diǎn) a．單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大，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． b．白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色，周?chē)遣噬珗A環(huán)． (3)泊松亮斑——障礙物的衍射現(xiàn)象． ①

6、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． ②障礙物的衍射圖樣的特點(diǎn)． 圓形陰影中心有一亮斑，與小孔衍射圖樣有明顯區(qū)別． 1．在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)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(zhǎng)較長(zhǎng)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 E．條紋間距與單縫到屏的距離無(wú)關(guān) 【答案】　ACD 2．如圖13-5-4甲、乙所示，是單色光通過(guò)窄縫后形成明暗相間的兩

7、種條紋圖樣________為單縫衍射的圖樣，________為雙縫干涉的圖樣． 圖13-5-4 【答案】　甲　乙 區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法 (1)根據(jù)條紋的寬度區(qū)分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的；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：雙縫干涉條紋，從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很?。欢鴨慰p衍射條紋中央亮紋最亮，兩側(cè)的亮紋逐漸變暗． 光的偏振 偏振現(xiàn)象 只有沿偏振片的“透振方向”振動(dòng)的光波才能通過(guò)偏振片 結(jié)論 偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波 偏振光的形成 (1)自然光通過(guò)偏振片后得到偏振光

8、 (2)自然光在介質(zhì)表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光 偏振現(xiàn)象 的應(yīng)用 (1)照相機(jī)鏡頭前 (2)電子表的液晶顯示 1．凡是波都有偏振現(xiàn)象．(×) 2．反射可以引起自然光的偏振．(√) 3．拍攝水中游魚(yú)時(shí)，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(dòng)，偏振光沿某一特定方向振動(dòng)． 2．自然光經(jīng)水面反射的光一定是偏振光嗎？ 【提示】　經(jīng)水面反射和折射的光都是偏振光． 1．橫波、縱波的判斷方法 直接看質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與傳播方向的關(guān)系．若互相垂直為橫波；若在同一直

9、線上為縱波．這種方法適用于看得見(jiàn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的機(jī)械波． 2．偏振片 偏振片由特定的材料制成，每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向，只有沿著這個(gè)方向振動(dòng)的光波才能通過(guò)偏振片，這個(gè)方向叫做透振方向．偏振片對(duì)光波的作用就像狹縫對(duì)機(jī)械波的作用一樣． 3．自然光和偏振光的比較 自然光 偏振光 成因 從光源(如太陽(yáng)、電燈等)直接發(fā)出的光 自然光通過(guò)偏振片后就變成了偏振光，反射光、折射光均為偏振光 振動(dòng) 方向 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著各個(gè)方向振動(dòng) 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，并且只有一個(gè)振動(dòng)方向 經(jīng)偏振 片后現(xiàn) 象比較 如上圖所示，通過(guò)偏振片后，自然光就變成了偏振光，

10、轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化 如上圖所示，偏振光經(jīng)偏振片后，若偏振方向與透振方向平行，屏亮；若垂直，則屏暗；若介于兩者之間，則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗. 3.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13-5-5所示，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖13-5-5 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 E．偏振現(xiàn)象表明光是橫波 【答案】　BDE

11、 4．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(shí)，偏振光通過(guò)液晶時(shí)偏振方向會(huì)旋轉(zhuǎn)90°，這就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上電壓，則旋光性消失．有一種電子表的顯示屏是透明的，而在顯示數(shù)字的筆畫(huà)處不透光，則上下兩個(gè)偏振片的透振方向相互________；筆畫(huà)處為_(kāi)_______電極，因此加上電壓時(shí)變?yōu)開(kāi)_______的. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：23570109】 【答案】　垂直　透明　不透明 5．在拍攝日落時(shí)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，其目的是什么？ 【答案】　減弱反射光，從而使景物的像清晰 1．偏振片是由特定的材料制成的，每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向，這個(gè)方向叫做“透振方向”，只有沿透振方向振動(dòng)的光才能通過(guò)偏振片． 2．偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實(shí)狹縫． 3．光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是一種橫波． 4．自然光透過(guò)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夾角不同時(shí)，透過(guò)偏振片的光的強(qiáng)度不同． 6