高中物理第十三章光第5节光的衍射第6节光的偏振学案选修3-4教案

13.5 光的衍射
13.6 光的偏振
光的衍射
[先填空]
1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象．
2．衍射图象：衍射时产生的明暗条纹或光环．
3．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，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹．
4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环．
5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象．
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．
6．衍射光栅
(1)结构
由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
(2)衍射图样特点
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．
[再判断]
1．白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象．(×) 2．菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象．(×)
3．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，会看到彩色的衍射条纹．(√)
[后思考]
1．白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点？
【提示】都是中央为白色条纹，两侧为彩色条纹．
2．光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象可能发生，也可能不发生，这种说法对吗？
【提示】不对．光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象只有明显与不明显之分，无发生与不发生之别．
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1．产生明显衍射的条件
障碍物的尺寸可以跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射．对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显．由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多．
2．三种不同的衍射现象及特点
(1)单缝衍射．
①现象：如图13­5­1所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′，BB′区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象．
图13­5­1
②单缝衍射图样的四个特点：
a．中央条纹亮而宽；
b．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；
c．波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，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；
d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色．
(2)圆孔衍射．
①现象：圆孔衍射如图13­5­2所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图13­5­3甲所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图13­5­3乙所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．
图13­5­2 图13­5­3
②圆孔衍射图样的两个特点
a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环．越向外，亮环亮度越低．
b．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现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，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，这就是著名的泊松亮斑．
②障碍物的衍射图样的特点．
圆形阴影中心有一亮斑，与小孔衍射图样有明显区别．
1．在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( )
A．将入射光由黄光换成绿光，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
E．条纹间距与单缝到屏的距离无关
【答案】ACD
2．如图13­5­4甲、乙所示，是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样
________为单缝衍射的图样，________为双缝干涉的图样．
图13­5­4
【答案】甲乙
区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法
(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而
单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄．
(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小；而单
缝衍射条纹中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗．
光的偏振
[先填空]
1．凡是波都有偏振现象．(×)
2．反射可以引起自然光的偏振．(√)
3．拍摄水中游鱼时，在镜前装一偏振片是利用光的偏振现象．(√)
[后思考]
1．自然光和偏振光的主要区别是什么？
【提示】在垂直于传播方向的平面内，自然光沿所有方向振动，偏振光沿某一特定方
向振动．
2．自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？ 【提示】 经水面反射和折射的光都是偏振光．
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1．横波、纵波的判断方法
直接看质点的振动方向与传播方向的关系．若互相垂直为横波；若在同一直线上为纵波．这种方法适用于看得见质点振动方向的机械波．
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．自然光和偏振光的比较
3.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，如图13­5­5所示，则下列说法正确的是( )
图13­5­5
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
E．偏振现象表明光是横波
【答案】BDE
4．电子表的显示屏利用了液晶的旋光性，当液晶上不加电压时，偏振光通过液晶时偏振方向会旋转90°，这就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上电压，则旋光性消失．有一种电子表的显示屏是透明的，而在显示数字的笔画处不透光，则上下两个偏振片的透振方向相互________；笔画处为________电极，因此加上电压时变为________的. 【导学号：23570109】
【答案】垂直透明不透明
5．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，其目的是什么？
【答案】减弱反射光，从而使景物的像清晰
1．偏振片是由特定的材料制成的，每个偏振片都有一个特定的方向，这个方向叫做“透振方向”，只有沿透振方向振动的光才能通过偏振片．
2．偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实狭缝．
3．光的偏振现象说明光是一种横波．
4．自然光透过偏振片可以变成偏振光．
5．当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，透过偏振片的光的强度不同．。