2014年春高二物理备课同步 选修3-4 配套精品课件：第十三章 光 13.5.6

2.如图所示,让太阳光或白炽灯光通过偏振片 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 D.自然光是偏振光 答案:B 解析:偏振现象是横波特有的,光的偏振现象说明光是一种横波,选项 B 正确。
5.如图所示,甲、乙两幅图是由单色光分别照射半径不同的圆孔而形成
的图像,其中图甲是光的
(选填“干涉”或“衍射”)图像。由此可以
判断出图甲所对应的圆孔的孔径
(选填“大于或“小于”)图乙所
对应的圆孔的孔径。
答案:衍射 小于 解析:根据甲图中图样的特点可知甲图为单孔衍射的图样。乙图中只有 一个圆形亮斑,周围没有衍射条纹说明乙图所对应的情景中没有发生 明显衍射,说明孔的尺寸比光的波长大得多。
二、光的偏振
活动与探究 2
1.观察横波可能有不同振动方向的实验。狭缝与振动方向平行放 置及与振动方向垂直放置时,软绳形成横波后,有什么现象发生?若将这 根绳换成细软的弹簧,前后推动弹簧形成纵波,又会出现什么现象?对比 实验说明了什么?
答案:狭缝与振动方向平行放置时,横波能继续往前传播,狭缝与振 动方向垂直放置时,横波不能继续往前传播,而纵波不受此条件限制。对 比实验说明只有横波才有偏振现象。
偏振现象在生活中非常普遍,并不是只有自然光通过偏振片后才 变为偏振光,生活中除光源直接发出的光外,我们看到的绝大部分光都 是偏振光,如自然光射到水面时的反射和折射光线,尤其是二者互相垂 直时,就是典型的偏振光,并且是完全偏振光,振动方向相互垂直。
当堂检测
1.对于光的衍射现象的定性分析,下列说法正确的是( ) A.只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比相差不大甚至比波长还 要小的时候,才能产生明显的衍射现象 B.光的衍射现象是光波相互叠加的结果 C.光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论 D.光的衍射现象说明了光具有波动性
(3)不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑) ①中央是亮斑。 ②在阴影周围是明暗相间的圆环,如图。
泊松亮斑
迁移与应用 1 在单缝衍射实验中,下列说法中正确的是( ) A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄 B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄 C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽 D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽 答案:ACD 解析:当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播 的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现 象越明显,条纹间距越大;光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝 到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽。故选项 A、C、D 正确。
答案:会看到平行于日光灯的彩色衍射条纹;狭缝越窄,衍射条纹间 距越大,亮度越小。
三、光的偏振
1.自然光和偏振光 (1)自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播 方向上沿一切方向振动的光,沿着各个方向振动的光波的强度都相同。 (2)偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振 动的光。 (3)光的偏振现象,表明光是一种横波。
4.常见的衍射图样有哪些? 答案:(1)单缝衍射图样 ①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。 ②缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮纹的亮度降 低。 ③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, 入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 ④用白光做单缝衍射时,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 ①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。
②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 径逐渐减小到无的过程中,光屏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)、 完全黑暗。
2.光产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多。
二、衍射光栅
1.衍射光栅的结构:由许多等宽的狭缝等距排列起来形成的光学仪 器。
2.衍射图样的特点:与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增 加。
3.衍射光栅的种类:反射光栅、透射光栅。
预习交流 1
用两支圆柱形铅笔并在一起,形成一个狭缝,使狭缝平行于日光灯, 眼睛透过狭缝观察日光灯,会看到什么现象?改变狭缝的宽度,观察到的 现象有何变化?
答案:摄影师拍摄时,由于水面和玻璃表面的反射光的干扰,景像不 清楚,因为反射光是偏振光,照相机镜头前装一片偏振滤光片后,让它的 透振方向与反射光方向垂直,就可以减弱反射光而使景像清晰。
迁移与应用 2 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 答案:D 解析:光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光,而振动沿着特 定方向的光就是偏振光,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。故 D 对。
答案:ABD 解析:光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性,而小孔成像 说明光沿直线传播,而要出现小孔成像,孔不能太小,光的直线传播规律 只是近似的,只有在光的波长比障碍物小很多的情况下,光才可以看成 是直线传播的,所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的,它们是在不 同条件下出现的两种现象,故上述选项中正确的是 A、B、D。
5 光的衍射 6 光的偏振
课前预习导学
目标导航
学习目标 1.观察光的衍射现象,能说出衍射
条纹的特点。 2.熟记产生明显衍射现象的条件。 3.观察光的偏振现象,知道光的偏振证 明光是横波。 4.能说出偏振光和自然光的区别。 5.能说出偏振现象的一些应用。
重点难点
重点:1.产生明显衍射的条件。 2.偏振光的性质及应用。 难点:对光的衍射和偏振现象产生原 理的理解。
单缝衍射与双缝干涉的比较
种类 单缝衍射
项目
双缝干涉
产 生 条 只要狭缝足够小,任何光都能发 频率相同的两列光波相遇叠
件
生
加
条纹宽
度
条纹宽度不等,中央最宽
条纹宽度相等
条纹间 各相邻条纹间距不等
距
各相邻条纹等间距
亮度
中央条纹最亮,两边变暗
清晰条纹,亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明 暗相间的条纹
课堂合作探究
问题导学
一、光的衍射
活动与探究 1 1.在我们生活中你观察到了哪些衍射现象? 答案:雨天的晚上,透过眼镜片上的水滴看路灯,水滴边缘有衍射条 纹。对着日光灯从窄缝中看到的彩色条纹。光照射到一个半径很小的 圆板后,在圆板的阴影中心出现的亮斑。晚上眯着眼睛看月亮、星星, 会在视网膜上形成衍射光斑等都是衍射现象。
2.为什么说偏振片对光的作用就像狭缝对于机械波的作用一样? 答案: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通过偏振片,所以说偏振片对光的 作用就像狭缝对机械波的作用一样。
3.摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物时,为什么要在 照相机镜头前装一片偏振滤光片?
4.抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细,如图所示,观察激光束 经过细丝时在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化。下列说 法正确的是( )
A.这主要是光的干涉现象 B.这主要是光的衍射现象 C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗 D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细
答案:BD 解析:由题意知,激光束经过细丝时在光屏上产生的条纹是衍射条纹,所 以本装置是光的衍射,选项 A 错误,选项 B 正确;根据衍射规律得:细丝变 细,会使条纹更宽,所以选项 C 错误,选项 D 正确;综上所述,本题的正确选 项为 B、D。
预习导引
一、光的衍射
1.衍射现象和衍射条纹 (1)衍射现象:光通过很窄的缝或很小的孔时,光没有沿直线传播,而 是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。 (2)衍射条纹特点:衍射条纹是一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、 最亮,离中央条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越低。
2.光产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多。
2.单缝衍射实验如何表明光没有沿直线传播? 答案:当缝比较宽时,光沿直线通过狭缝,在屏上产生一条与缝宽相 当的亮条纹;当缝调到很窄时,尽管亮条纹亮度有所降低,但是宽度反而 增大了,这表明,光没有沿直线传播。 3.日常生活中我们难以观察到光的衍射,而为什么光沿直线传播却 普遍存在? 答案:可见光的波长范围是 4×10-7~7.6×10-7m,由发生明显衍射的条 件可知,障碍物或孔的尺寸都比光的波长大得多,所以光沿直线传播。
3.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(灯丝或灯管都要平行于狭缝),可以看到
() A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧状条纹 C.彩色的直条纹 D.彩色的弧状条纹 答案:C 解析:白炽灯(或日光灯管)发出的光是复色光,其中各种色光的波长不同, 产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同,因此各单色光亮 纹或暗纹不能完全重叠在一起,所以成为彩色条纹,因为狭缝,所以是彩 色直条纹,故选项 C 正确,A、B、D 错误。
2.光的偏振
偏振现象
只有沿偏振片的“透振”方向“振动的光波才能通过偏振片”
结论
偏振现象表明,光是一种横波
偏振光的形成 (1)自然光通过偏振片后,得到偏振光 (2)自然光在介质表面反射时,反射光和折射光都是偏振光
偏振现象
(1)照相机镜头前装一片偏振滤光片
的应用
(2)电子表的液晶显示
预习交流 2
(1)观看 3D 电影或电视为什么要戴专用眼镜?它的原理是什么? 答案:“3D”感是因为人的两只眼睛观察同一物体的视角不同引起 的。3D 电影或电视用两台摄像机同时拍摄,再用偏振方向相互垂直的 偏振光播放,观看时戴上偏光眼镜,就可以使两只眼睛分别只看到相应 摄像机拍摄的画面,产生身临其境的立体感。 (2)现在市场上流行所谓“偏光”太阳镜,它的作用是什么? 答案:自然光如阳光是非偏振光,但经反射后会变为偏振光,戴上偏 振光太阳镜后,会有效过滤经柏油路面、海面等反射来的阳光,避免炫目。