版选修3_4.doc
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1、13 光的衍射与偏振4 激光学习目标 1.知道光产生明显衍射现象的条件,了解几种不同衍射现象的图样.2.能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析.3.认识光的偏振现象,知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别,能用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象.5.了解激光的特性及应用.一、光的衍射1.光的衍射:光通过很小的狭缝(或圆孔)时,明显地偏离了直线传播方向,在屏上散开到相当大的范围,这种现象叫做光的衍射.2.衍射图像(1)定义:衍射时产生的明暗条纹或光环.(2)单缝衍射图像的特点单色光:中央有一条较宽较亮的条纹,两边是对称而明暗相间的条纹,亮条纹的强度向两边很快减弱.白光:中央是一条白条纹
2、,两边是很快减弱的彩色条纹.3.光的衍射现象进一步证明了光具有波动性.二、光的偏振1.线偏振光:如果光振动的方向限在一个平面,这种光叫线偏振光.2.自然光:通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向不同而互不相干的线偏振光组成的,称为自然光.3.光的偏振现象进一步证实光是横波.三、激光激光的特点及应用特点 应用2强度大方向性好激光加工、激光医学、激光检测、激光照排单色性好相干性好激光全息照相覆盖波段宽且可调谐 激光通信即学即用1.判断下列说法的正误.(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的.( )(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象.( )(3)横波和纵波都能产生偏
3、振现象.( )(4)自然光通过偏振片可以获得偏振光.( )(5)用激光做双缝干涉实验这是应用了激光具有高度的相干性的特点.( )2.下列四幅图片中属于光的干涉的是_,属于光的的衍射的是_.答案 a bd一、光的衍射导学探究 (1)让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上,逐渐减小两个卡脚之间的距离,使缝越来越小,观察照在屏幕上光斑现象的变化.缝宽大约多大时屏幕上出现条纹?缝间距变小时,条纹有什么变化?(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔,用眼睛通过小孔观察太阳光,会观察到什么现象?答案 (1)大约 0.4mm 时会出现条纹,当缝间距变小时,屏幕上条纹间距逐渐变宽,但亮度逐渐减弱.(2)会
4、观察到中央为亮圆,周围为彩色的圆环.知识深化 三种衍射图样的特点3(1)单缝衍射单色光通过狭缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹,中央为亮条纹.中央条纹最宽最亮,两侧的亮条纹逐渐变暗变窄;白光通过狭缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹.波长一定时,单缝窄的中央条纹宽,各条纹间距大;单缝不变时,光波波长大的中央条纹宽,条纹间距大.(2)圆孔衍射:光通过小孔(孔很小)时,在光屏上出现明暗相间的圆环,如图 1 所示.图 1(3)圆板衍射(泊松亮斑)若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物,会发现在影的中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑.衍射图样如图 2 所示.图 2中央是亮斑,圆板阴影的
5、边缘是模糊的,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环.例 1 (多选)关于光的衍射现象,下面说法正确的是( )A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹B.白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹C.光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑,说明发生了衍射D.光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿着直线传播,不存在光的衍射答案 AC解析 红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹,白光的衍射图样是彩色条纹,光照到不透明小圆盘上,在其阴影中心处出现亮点,是衍射现象,光的衍射现象只有明显与不明显之分,D 项屏中大光斑的边缘模糊,正是光的衍射造成的,不能认为不存在衍射现象.二、单缝衍射与双缝干涉的比较1.不同点4
6、(1)产生条件Error!(2)图样Error!2.相同点(1)都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果.(2)都是波特有的现象,表明光是一种波.例 2 如图 3 所示的四幅明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹).则在下面的四幅图中从左到右排列,亮条纹的颜色依次是( )图 3A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫答案 B解析 双缝干涉条纹平行等距,且波长越长,条纹间距越大,而红光波长比蓝光波长长,故第一幅图为红光,第三幅图为蓝光;又由于黄光波长比紫光波长长,故第四幅
7、图为黄光的衍射图样,第二幅图为紫光的衍射图样.针对训练 (多选)如图 4(a)所示是做双缝干涉实验的示意图.先做操作 1:用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分和;接着再做操作 2:用不透明的挡板挡住 b缝.若两块滤光片一块是红色,一块是蓝色,则( )图 4A.完成操作 1 后,光屏上出现的是图(b)图案,且甲是红色条纹,乙是蓝色条纹B.完成操作 1 后,光屏上出现的是图(c)图案,且丙是蓝色条纹,丁是红色条纹C.完成操作 2 后,光屏上出现的是图(b)图案,且甲是蓝色条纹,乙是红色条纹5D.完成操作 2 后,光屏上出现的是图(c)图案,且丙是红色条纹,丁是蓝色条纹答案 AD解析 题
8、图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹,是干涉图样,再根据条纹宽度的有关因素分析即可.题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹,是衍射条纹,再根据条纹宽度的有关因素进行分析即可.操作 1 是双缝干涉实验,故条纹间距相等,光屏上出现题图(b)图案,由图案知甲的波长大于乙的波长,故甲为红色条纹,乙为蓝色条纹,A 正确;操作 2是单缝衍射,条纹间距不相等,光屏上为题图(c)图案,再结合波长关系可知 D 正确.三、光的偏振导学探究 如图 5 所示,取一个偏振片 P,让阳光通过偏振片 P,在 P 的另一侧观察,可以看到偏振片是透明的;在偏振片 P 的后面再放置另一个偏振片 Q,以光的传播方向为轴旋转偏振
9、片 Q,会看到什么现象?这说明什么?图 5答案 会看到在旋转 Q 时光的亮度发生变化.偏振片的作用类似于狭缝的作用,只有振动方向与透振方向一致的光才能通过.当偏振片 Q与 P 的透振方向平行时,穿过 Q 的光最强;当偏振片 Q 与 P 的透振方向垂直时,光不能透过 Q.知识深化 对偏振方向与透振方向的理解透振方向:偏振片由特定的材料制成,每个偏振片都有一个特定的方向,只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片,这个方向叫做“透振方向”.当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时,透射的光最强;当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时,光不能穿过偏振片.当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既
10、不平行也不垂直时,则仍会有部分光透过偏6振片,只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间.例 3 (多选)如图 6 所示,电灯 S 发出的光先后经过偏振片 A 和 B,人眼在 P 处迎着入射光方向看不到光亮,则( )图 6A.图中 a 光为偏振光B.图中 b 光为偏振光C.以 SP 为轴将 B 转过 180后,在 P 处将看到光亮D.以 SP 为轴将 B 转过 90后,在 P 处将看到光亮答案 BD解析 自然光在垂直于传播方向的平面内,沿各个方向的振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光,故 A 错;它通过偏振片 A 后,即变为偏振光,故
11、 B 对;设通过 A 的光沿竖直方向振动,而偏振片 B 只能通过沿水平方向振动的偏振光,则 P 点无光亮,以 SP 为轴将 B 转过 180后, P 处仍无光亮,故 C 错;以 SP 为轴将 B 转过 90后,则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片,则偏振光能通过 B,即在 P 处有光亮,故 D 对.四、激光的特点和应用导学探究 激光作为一种人造光源在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用,如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等,如图 7.激光的应用如此广泛,激光到底具有哪些特性?图 7答案 1.强度大.2.方向性好.3.单色性好.4.相干性好.5.覆盖波段宽而且可调谐.例
12、4 关于激光的应用问题,下列说法中正确的是( )A.光纤通信是应用激光方向性非常好的特点对信号进行调制,使其在光导纤维中传递信息的7B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点C.医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点答案 C解析 由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性好,A 错误;计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的方向性好,B 错误;医疗中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高、强度大的特点,C 正确;激光测距利用的是激光的方向性好的特点,D 错误.1.(光
13、的衍射)让烛光照射到一块遮光板上,板上有一个可自由收缩的三角形孔,当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时,则在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)( )A.三角形光斑 倒立的烛焰 明暗相间的圆环B.三角形光斑 圆形光斑 倒立的烛焰C.倒立的烛焰 圆形光斑 明暗相间的圆环D.三角形光斑 明暗相间的圆环 倒立的烛焰答案 A解析 当三角形孔较大时,屏上出现一个三角形光斑,如图甲所示,随着三角形缓慢地收缩,光斑逐渐变小;当三角形孔小到一定程度时,屏上会出现倒立的烛焰,如图乙所示;继续使三角形孔缓慢收缩,可以观察到小孔衍射图样;当孔闭合时,屏上就会一片黑暗.2.(单缝衍射与双缝干涉的比较)如图 8
14、 所示,a、b、c、d 四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样,分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )图 8A.a、b 是光的干涉图样8B.c、d 是光的干涉图样C.形成 a 图样的光的波长比形成 b 图样的光的波长短D.形成 c 图样的光的波长比形成 d 图样的光的波长短答案 A解析 干涉条纹是等间距的条纹,因此 a、b 是干涉图样,c、d 是衍射图样,故 A 项正确,B 项错误;由公式 x 可知,条纹宽的入射光的波长长,所以 a 图样的光的波长比 bld图样的光的波长长,故 C 项错误;c 图样的光的波长比 d 图样的光的波长长,故 D 项错误.3.(光的偏振的应用)(多选)
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