高中物理选修3-4第五章3光的衍射与偏振及激光

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一、光的衍射 二、光的偏振
一、光的衍射
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问题设计
唐代诗人王维的诗句“空山不见人，但闻人语响”描写了一种常
见的“闻其声而不见其人”的物理现象.这种现象是如何形成的
呢？为什么声波容易发生衍射现象而光波不容易发生衍射现象呢？
答案 诗句中描写的是声波的衍射现象.
声波的波长较大，与日常生活中的物体可以相比，很容易发生明
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3.(对光的偏振的理解)将两个偏振片紧靠在一起，放在一盏灯 的前面，眼睛通过偏振片看到的光很弱.如果将其中一个偏振 片旋转180°，在旋转过程中会观察到( ) A.灯光逐渐增强，然后逐渐减弱 B.灯光强度保持不变 C.灯光逐渐增强，没有减弱现象 D.灯光逐渐增强，再减弱，然后增强到最亮
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一、光的衍射
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(2)圆孔衍射图样的特点： ①单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度高，外面是明暗相间的 不 等距 (填“等距”或“不等距”)的圆环，越向外，亮环亮度越 低 . ②白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色 ，周围是 彩色 圆环. (3)泊松亮斑：障碍物的衍射现象 ①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 ，这就是著名的泊松亮斑. ②图样特点：中央是一个亮斑，圆板阴影的边缘模糊，阴影外边有
典例精析 二、对光的偏振的理解
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A.到达O处光的强度会明显减弱 B.到达O处光的强度不会明显减弱 C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转
过的角度等于α D.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转
过的角度等于α
典例精析 二、对光的偏振的理解
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解析 因为未放糖溶液时，A、B的偏振方向一致，故A、B间不 放糖溶液时，自然光通过偏振片A后，变成偏振光，通过B后到 达O.当在A、B间放糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的 偏振光振动方向转动了一定角度，不能再通过B，A对，B错. 但当B转过一个角度，恰好使偏振片方向与经过糖溶液后的偏振 光振动方向一致时，O处光强为最强，故B的旋转角度即为糖溶 液的旋光度.所以C对.同理D也对. 答案 ACD
2.(对光的衍射的理解)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条纹 B.白光的单缝衍射图样是白黑相间的条纹 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
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解析 单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的条 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项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光 的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象. 答案 AC
解析 眼睛通过两偏振片看到的光很弱，是因为两偏振片 的透振方向不一致，在旋转其中一个偏振片的过程中，透 振方向逐渐一致，光逐渐增强，当两个偏振片的透振方向 一致时，光线最强，继续旋转偏振片，透振方向又逐渐偏 离，光线逐渐减弱.所以选项A正确. 答案 A
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4.(对激光的理解)让激光照到VCD机、CD机或计算机的光 盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声 音和图像，这是利用激光的( ) A.方向性好，可以会聚到很小的一点上 B.相干性好，可以很容易形成干涉图样 C.强度大，可以在很短时间内集中很大的能量 D.波长短，很容易发生明显的衍射现象
典例精析 二、对光的偏振的理解
例3 如图4所示，白炽灯的右侧依次平行
放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B
点位于Q右侧.旋转偏振片P，A、B两点光
的强度变化情况是( )
A.A、B均不变
B.A、B均有变化
C.A不变，B有变化
D.A有变化，B不变
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图4
典例精析 二、对光的偏振的理解
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解析 白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强度相等， 所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度 不变；白炽灯光经偏振片P后为偏振光，当P旋转时，只有与Q 的透振方向一致时才有光透过Q，因此B点的光强有变化，选 项C正确. 答案 C
第五章 光的波动性
学案3 光的衍射与偏振 激光
学习目标定位
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.
典例精析 二、对光的偏振的理解
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例4 一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉中 碳水化合物(糖)含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测 量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量.
图5
典例精析 二、对光的偏振的理解
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偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或 向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与 糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定 被测样品的含糖量了.如图5所示，S是自然光源，A、B是偏振 片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、 B之间，则下列说法中正确的是( )
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解析 由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越 小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大， 本题是将缝调宽，现象向相反的方向发展，故选项A正确， B、C、D错误. 答案 A
典例精析 一、对光的衍射的理解
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例2 如图3所示的4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
显衍射现象，故可以隔着障碍物“闻其声”，但光的波长远小于
日常生活中物体的尺寸，光在障碍物后形成阴影，故有“不见其
人”的现象.
一、光的衍射
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要点提炼
1.各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，即使影的轮廓 模糊不清 . 2.光产生明显衍射现象的条件 在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 还小 的时候，就会产生明显的衍射现象.
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解析 激光的特点之一是方向性好，它可以会聚到一个很 小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设 备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误. 答案 A
谢谢观看
图2
二、光的偏振
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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1中狭缝的作用，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Q与P的透振方向垂直时，光不能 透过Q.
二、光的偏振
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要点提炼
1.横波、纵波的判定方法 (1)直接看质点的振动方向与波传播方向的关系.若互相垂直， 为横波；若 平行 ，为纵波，这种方法适用于可看得见质点振
明暗相间的圆环.
一、光的衍射
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延伸思考
衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗？ 答案 衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大， 随着缝、孔的减小，衍射条纹的宽度增大，但条纹亮度 减弱.
一、光的衍射
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一、光的衍射
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二、光的偏振
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问题设计
1.取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，软 绳上形成一列横波，质点在竖直平面内沿着上下方向振动.如 果手持绳的一端左右抖动，会在绳上形成另一列横波，质点 在水平平面内沿着左右方向振动. 现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板.分别将狭缝与振动方向 平行放置及与振动方向垂直放置，观察发生的现象(如图1甲、 乙所示).
典例精析 一、对光的衍射的理解
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例1 观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到 0.8 mm，看到的现象是( ) A.衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显 B.衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显 C.衍射条纹的间距不变，只是亮度增强 D.以上现象都不会发生
典例精析 一、对光的衍射的理解
自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹).则在下
面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是( )
A.红黄蓝紫 C.蓝紫红黄
图3 B.红紫蓝黄 D.蓝黄红紫
典例精析 一、对光的衍射的理解
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解析 双缝干涉条纹平行等距，且波长越大，条纹间距越大， 而红光波长大于蓝光波长，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大，故第四幅图为黄光的 衍射图样，第二幅为紫光的衍射图样. 答案 B
动方向的机械波. (2)看波能否通过两个互相垂直且共线的“狭缝”， 能 通过两 个“狭缝”的为纵波，不能 通过的为横波.
二、光的偏振
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2.偏振片 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，这个方 向叫做透振方向.偏振片对光波的作用就像 狭缝对机械波 的 作用一样. 3.光的偏振现象表明光是一种横波.
课堂要点小结
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1.( 对 光 的 衍 射 的 理 解 ) 在 单 缝 衍 射 实 验 中 ， 下 列 说 法 正 确 的 是 () A.其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄 B.其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄 C.其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽 D.其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
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知识链接
1.绕过障碍物继续传播 跟波长相差不多 2.垂直
新知呈现
一、 1.直线传播 2. 较宽较亮 明暗相间 很快减弱 白条纹 彩色条纹 3. 不大 小
知识储备区
新知呈现
二、 1. 一个平面 2. 振动方向 线偏振光 三、 1.强度大 方向性好 相干性好 2. 加工 检测 通信 医学
3. 横
一、光的衍射
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3.衍射图样的特点 (1)单缝衍射图样的特点： ①中央条纹 亮而宽 .两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐 变窄，亮度逐渐减弱 . ②光的波长一定时，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 . ③白光的单缝衍射条纹是中央为 白色亮纹 ，两侧为彩色条纹 .
二、光的偏振
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4.自然光和偏振光
自然光
偏振光
光的 来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏振器后的光
光的 在垂直于光的传播方向的平面 在垂直于光的传播方向的平
振动 内，光振动沿所有方向，且沿 面内，光振动沿某一特定方
方向 各个方向振动的光强度都相同 向(与起偏振器透振方向一致)
太阳、电灯、蜡烛火焰等直接 自然光在介质表面反射和折
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解析 当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条 纹间距也越大，黄光波长大于绿光波长，所以A、C正确； 当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射 条纹间距会变宽，B错误； 当光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离， 衍射条纹间距会变宽，D正确. 答案 ACD
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举例
发出的光
射形成的光
二、光的偏振
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5.偏振现象的应用举例 (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，让它的透振方向与玻璃表面的反射光的 偏振方向垂直 ，阻挡了反射光进入镜头. (2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向互相 垂直 的偏振片 当中插进一个液晶盒，液晶具有各向异性的属性，特别是对 偏振光经过液晶时，其偏振方向会旋转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.
二、光的偏振
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如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，观察
发生的现象(如图丙所示).
这两种现象说明什么？
图1 答案 当机械波是横波时，若质点的振动方向与狭缝平行，则 机械波能透过狭缝传播，反之则不能透过狭缝传播.对纵波而言， 不管什么情况，纵波总能透过狭缝传2.如图2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片Q，会看到 什么现象？这说明什么？