光的衍射和偏振-粤教版选修3-4教案

光的衍射和偏振-粤教版选修3-4教案
一、引言
光是一种波动现象，它在传播过程中会发生许多特殊的现象，如衍射和偏振。

本节课将讨论这两种光的现象，旨在让学生深入了解光的性质和特点，理解光的传播规律。

二、衍射
1. 实验现象
实验1：在一扇窗户上垂直放一根细针，当太阳的光照在窗户上时，可以观察到光通过针眼的部分会呈现一个圆形的光斑。

实验2：使用幅射计，将一条光线发送到屏幕上，并通过一个小孔观察到它的传播过程，可以观察到光线在小孔后会出现明暗相间的光斑。

2. 衍射现象的解释
当光线穿过孔隙或通过一个边缘时，它就会发生衍射。

简单来说，衍射是指光通过一些物质界面或障碍物时发生的一种现象。

衍射的现象是由于光在物体阻挡下发生了多次折射和反射，导致光波的前后缘产生干涉，形成的立体光场。

波的干涉可以产生出不同的光强度和颜色，并在空间中形成特殊的分布规律。

3. 衍射的规律
衍射的规律取决于光的波长、衍射孔的大小、形状和孔隙边缘的光滑程度等因素。

当光线通过一个孔隙时，会发生岛屿、极小值、干涉环等明显的现象。

1.一般会分为两类衍射：
–小孔衍射：当光通过一个小孔时，会在屏幕上形成一个亮暗相间的光斑。

–大孔衍射：当光通过一个大于相干区域的孔时，会在衍射角的周边产生明暗相间、干涉现象的环状图案。

2.衍射的定量描述：
用空间角衡量光的强度，可以用夫琅禾费衍射公式表达，有助于定量描述光的衍射。

夫琅禾费衍射公式中，光的波长、衍射孔的大小和孔隙边缘的光滑程度都是衍射干涉现象的重要因素。

数学上可以用衍射极小值来表达，公式为：
$$\\sin\\theta=m\\lambda/d$$
其中，$\\theta$为衍射角度，m为整数，λ为波长，d为孔径。

根据这个公式，可以预测衍射角和无比的样式。

4. 衍射的应用
在日常生活中，衍射的现象可以见于许多物品，如照相机、显微镜、CD、DVD等。

衍射现象不仅帮助我们学习和理解物质媒体对光的作用，而且还有很多
实际的应用，例如雷达、声纳和X光衍射成像等。

三、偏振
1. 实验现象
实验1：沿着光传播的方向，在透明的介质中放一个偏振器，当光线穿过偏振
器时，只有特定方向的振动分量才能穿过，其他方向的分量会被阻挡。

实验2：在两个偏振器之间夹一个透明物体，能够观察到透过第一个偏振器的光，经过透明物之后，会出现不同于入射时的偏振方式。

2. 偏振现象的解释
光线是一种横波，它的振动方向与传播方向垂直。

在一些介质内部，如晶体、玻璃等，光的振动方向会受到介质分子的影响而发生改变，而被改变的光波只能在垂直于改变后的振动方向的平面内振动。

这种发生了振动方向的变换叫做偏振。

3. 偏振的规律
光的偏振会发生在特定的情况下，这些情况包括：透过缝隙的平行光线、透过反射后的光线、透过自然光受到介质内部分子影响后的光线等。

光的偏振也会受到磁场和电场的影响。

4. 偏振的应用
光的偏振在许多工业领域都有着重要的应用，例如在光学仪器、激光器和电子设备中的应用。

偏振器的应用也广泛的出现在遮阳镜、衣物、计算机屏幕等日常用品中。

四、结语
通过学习本文中讨论的衍射和偏振现象，我们可以更好地理解和认识光的特性和传播规律。

这些现象的研究不仅能帮助我们理解光的实质和规律，而且对于工业和科学领域的进步也有很大的贡献。