13.5_13.6光的衍射光的偏振课件新人教版选修3_4.ppt

1、5 光的衍射 6 光的偏振,一、光的衍射 1.光的衍射现象: (1)单缝衍射:单色光通过狭缝时,在屏幕上出现_ 相间的条纹,中央为亮条纹,中央条纹最宽最亮,其余条 纹变窄变暗。,明暗,(2)泊松亮斑:障碍物的衍射现象。 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,使影的轮廓 模糊不清。若在单色光传播途中,放一个较小的圆形障 碍物,会发现在阴影中心有一个亮斑,这就是著名的_ _亮斑。,泊,松,2.产生明显衍射现象的条件:障碍物或小孔的尺寸可以 跟光的波长相比,甚至比光的波长还要_。 3.光的衍射和光的直线传播的关系:光的直线传播只是 一个近似的规律,当光的波长比障碍物或小孔尺寸小得 多时,光可以看成_

2、;在小孔或障碍物尺寸可 以跟波长相比,甚至比波长还要小时,衍射现象就十分 明显。,小,沿直线传播,4.衍射光栅: (1)结构:有许多等宽的狭缝_排列起来形成的光 学元件。狭缝的个数越多,衍射条纹的宽度越窄,亮度 越高。 (2)衍射图样的特点:与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度 变窄,亮度_。 (3)衍射光栅的种类:透射光栅和_光栅。,等距离,增加,反射,二、光的偏振 1.偏振现象: (1)自然光:由太阳、电灯等普通光源发出的光,它包含 着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各 个方向振动的光波的_都相同。,强度,(2)偏振光:自然光垂直透过某一偏振片后,在垂直于传 播方向的平面上,沿着某一

3、特定方向振动的光。自然光 在玻璃、水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都 是_光,入射角变化时偏振的程度也有所变化。 (3)只有横波才有偏振现象。,偏振,2.偏振现象的应用: (1)摄影中应用偏振光:为了消除反射光的影响,在镜头 前安装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏 振方向_,减弱了反射光进入镜头。,垂直,(2)电子表的液晶显示屏:在两块透振方向互相_的 偏振片当中插进一个液晶盒,液晶具有各向异性的属性, 特别是当偏振光经过液晶时,其振动方向会旋转90, 利用这种特性控制光通过或不通过,从而显示数字的形 状。,垂直,【预习诊断】 1.请判断下列说法的正误。 (1)衍射和干涉条纹都是

4、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)所有光都能发生衍射现象。 ( ),(4)横波和纵波都能产生偏振现象。 ( ) (5)自然光通过偏振片可以获得偏振光。 ( ) (6)起偏器和检偏器都是偏振器。 ( ),提示:(1)。衍射条纹是中间最宽、最亮,两侧逐渐变窄、变暗;干涉条纹是等间距的条纹。 (2)。发生明显衍射的条件是波长与障碍物的尺寸相当,并不是光的波长要达到多长。 (3)。衍射是一切波所具有的特性。,(4)。只有横波才能产生偏振现象。 (5)。自然光通过偏振片,偏振片只让某一方向振动的光通过,就形成了偏振光。 (6)。起偏器和检偏器

5、都是偏振器,用于获得偏振光的叫起偏器,用于检验是不是偏振光的叫检偏器。,2.(多选)对衍射现象的定性分析,正确的是 ( ) A.光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生传播的现象 B.衍射条纹图样是光波相互叠加的结果 C.光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据 D.光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论,【解析】选A、B、C。衍射现象是波绕过障碍物发生传播的现象,衍射条纹是波的叠加的结果,干涉、衍射是一切波所具有的特性,所以选项A、B、C正确。光的直线传播只是近似的,只有在光的波长比障碍物尺寸小得多的情况下,光才被看作是沿直线传播的,所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的,所以选项D错误。,3.

6、在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样,下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是 ( )A.a、c B.b、c C.a、d D.b、d,【解析】选D。由题图可知a为双缝干涉图样,b、d为单缝衍射图样,c为小孔衍射图样,故选项D正确。,4.关于自然光和偏振光,下列观点正确的是 ( ) A.自然光能产生干涉和衍射现象,而偏振光却不能 B.只有自然光透过偏振片才能获得偏振光 C.自然光只能是白色光,而偏振光不能是白色光 D.自然光和偏振光都能使感光底片感光,【解析】选D。振动沿各个方向均匀分布的光是自然光,而振动沿着特定方向的光是偏振光,但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射,所以A错。光的偏振

7、现象并不罕见,除了从光源直接发出的光以外,我们通常看到的绝大部分光,都是偏振光,所以B错。光的颜色由光的频率决定,与光的振动方向无关,所以C错。自然光和偏振光都具有能量,都能使感光底片感光,D正确。,知识点一 衍射图样的比较 探究导入: 取3块不透光的板,在每块板的中间各开1个圆孔,3块板所开的圆孔大小不一。先用点光源照射圆孔最大的那块板,在屏上会出现一个明亮的圆形光斑图a;再换上圆孔中等的那块板,在屏上会出现图b;最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板,在屏上会出现图c。,(1)屏上图b产生了什么现象? (2)比较屏上图b和图c,说明了什么? 提示:(1)衍射现象。 (2)孔越小,衍射现

8、象越明显。,【归纳总结】 1.三种衍射图样比较: (1)单缝衍射图样。 中央条纹最亮,越向两边越暗;条纹间距不等,越靠外,条纹间距越小,中央条纹最宽,两边条纹宽度变窄。,缝变窄通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮条纹的亮度降低。 中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关,入射光波长越大,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 用白光做单缝衍射实验时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹仍然最宽最亮。,(2)圆孔衍射图样。 中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着明暗相间的同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹的亮度越弱,宽度越小,如图所示。 圆孔越小,中央亮斑的直径越大,

9、同时亮度越弱。,用不同色光照射圆孔时,得到的衍射图样的大小和位置不同,波长越大,中央圆形亮斑的直径越大。 白光的圆孔衍射图样中,中央是大且亮的白色光斑,周围是彩色同心圆环。,只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中,光屏上依次得到几种不同的现象圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)。,(3)不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)。 中央是亮斑。 形成泊松亮斑时,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。,2.单缝衍射与双缝干涉的比较:,【典题过关】 【典例】在一次观察光的

10、衍射的实验中,观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样,那么障碍物应是(黑线为暗线) ( ),A.很小的不透明的圆板 B.很大的中间有大圆孔的不透明的圆板 C.很大的不透明的圆板 D.很大的中间有小圆孔的不透明的圆板,【正确解答】选D。图样为清晰的衍射图样,故B错;图样中心为亮斑,说明障碍物为D;若为A,则中央有一个小亮点,亮点外为大暗环;若为C,则图样为大暗斑,只是边缘稍模糊。,【过关训练】 在观察光的衍射现象的实验中,通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝),可以看到 ( ) A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹 C.彩色的直条纹 D.彩色弧

11、形条纹,【解析】选C。白炽灯发出的是复色光,其中各种色光的波长不同,产生的衍射条纹间距不同,各单色光相互叠加,成为彩色直条纹。,【补偿训练】 (多选)用卡尺观察光的衍射现象时,下列说法中正确的是 ( ) A.卡尺形成的狭缝应平行于日光灯,且狭缝远离日光灯,人眼也远离狭缝进行观察 B.卡尺狭缝平行于日光灯观察时,可观察到中央为白色光带,两侧为彩色光带,且彩带平行于日光灯,C.狭缝由0.5 mm宽度缩小到0.2 mm,条纹间距变宽,亮度变暗 D.狭缝由0.5 mm宽度扩展到0.8 mm,条纹间距变宽,亮度变暗,【解析】选B、C。用卡尺狭缝平行于日光灯,狭缝远离日光灯,眼睛应靠近狭缝进行观察,观察到

12、平行于日光灯的彩色条纹,且中央为白色条纹,A错误、B正确;狭缝越小,衍射现象越明显,即条纹间距变宽,但亮度变暗,C正确、D错误。,知识点二 自然光和偏振光 探究导入: 如图所示是立体电影中的图片。为什么立体电影会产生如此神奇的效果?,提示:在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片。,【归纳总结】 1.偏振片和透振方向: 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,只有沿着某个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片,这个方向叫作“透振方向”。 2.光的偏振现象表明光是横波。,3.自然光与偏振光的比较:,【典题过关】 【典例】(多选)(2018温

13、州高二检测)如图所示,A、B为两偏振片,一束自然光沿OO方向射向A,此时在光屏C上,透射光的强度最大,则下列说法中正确的是 ( ),A.此时A、B的透振方向平行 B.只有将B绕OO轴顺时针旋转90,屏上透射光的强度才会最弱,几乎为零 C.不论将A或B绕OO轴旋转90,屏上透射光的强度都会最弱,几乎为零 D.将A沿顺时针旋转180,屏上透射光的强度最弱,几乎为零,【正确解答】选A、C。当A、B两偏振片的透振方向平行时,光屏上光的强度最大;当二者透振方向垂直时,光屏上光的强度最弱,几乎为零,由此可知A、C选项正确。,【过关训练】 1.如图所示,让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上,

14、P的右侧再放一光屏Q,现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周,则关于光屏Q上光的亮度变化情况,下列说法中正确的是 ( ),A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮,其他位置时光屏上无亮光 B.光屏上亮、暗交替变化 C.光屏上亮度不变 D.光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动,【解析】选C。旋转P,自然光通过偏振片P后,在垂直于传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动,太阳光是自然光,包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。所以光屏上总是有沿着某个特定的方向振动的偏振光,光屏上亮度不变。,2. (多选)如图,P是一偏振片,P的透振方向(用带箭

15、头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光 ( ),A.太阳光 B.沿竖直方向振动的光 C.沿水平方向振动的光 D.沿与竖直方向成45角振动的光,【解析】选A、B、D。当光的振动方向与偏振片的透振方向平行时,透光最强;垂直时,无光透过;若为某一角度时,有部分光透过;太阳光是自然光,沿各个方向的振动都存在,因此选项A、B、D正确。,【补偿训练】 1.如图所示,让太阳光或白炽灯光先后通过偏振片P和Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q可以看到透射光的强度会发生变化,这是光的偏振现象。这个实验表明 ( ),A.光是电磁波 B.光是一种横波 C.光是一种纵波

16、D.光是概率波,【解析】选B。太阳光或白炽灯发出的光是自然光,当通过偏振片P后变为偏振光,旋转P或Q时,通过P的偏振光的振动方向和通过Q的偏振方向不平行时,光屏上透射光的强度就会发生变化,该实验说明光是一种横波。,2.(多选)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q,在Q的后边放上光屏,以下说法正确的是 ( ) A.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度不变 B.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱 C.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变 D.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度时强时弱,【解析】选B、D。P是起偏器,它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光,该偏振光的振动方向与P的透振方向一致,所以当Q与P的透振方向平行时,通过Q的光强最大;当Q与P的透振方向垂直时,通过Q的光强最小,即无论旋转P或Q,屏上的光强都是时强时弱。,【拓展例题】考查内容:光的偏振的应用 【典例】在拍摄日落时水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振片,其目的是 ( ) A.减弱反射光,从而使景物的像清晰 B.增强反射光,从而使景物的像清晰 C.增强透射光,从而使景物的像清晰 D.减弱透射光,从而使景物的像清晰,【正确解答】选A。由于反射光的干扰,景物的像常常比较模糊,装上偏振片的目的是减弱反射光,且透振方向与反射光的振动方向垂直,但不能增强透射光。,