高二物理课件 13.5 光的衍射 13.6 光的偏振 （人教版选修3-4）

\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n一、三种衍射图样的特点比较\n1.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，入射光波长越大，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.\n2.圆孔衍射图样(1)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.(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱.(3)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.(4)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.\n(5)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).\n3.不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)(1)中央是亮斑.(2)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小.\n(1)衍射是波所特有的现象，一切波均能发生衍射现象.(2)光遇小孔、单缝或障碍物时，衍射现象只有明显不明显之分，无发生不发生之别.(3)可见光的波长范围：10-6～10-7m，因此光的衍射现象不易观察到.\n【典例1】(2011·石家庄高二检测)观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，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【解题指导】清楚发生明显衍射的条件；衍射图样在单缝宽度变化时的变化规律.\n【标准解答】选A.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.将缝调宽，现象向相反方向变化，故选项A正确.\n【变式训练】某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点，你认为错误的是()A.若狭缝与白炽灯平行，衍射条纹与狭缝平行B.若狭缝与白炽灯垂直，衍射条纹与狭缝垂直C.衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关D.衍射条纹的间距与光的波长有关\n【解析】选B.若狭缝与白炽灯平行，则衍射条纹与狭缝平行且现象明显.衍射条纹的疏密程度与缝宽有关，狭缝越小，条纹越疏.条纹间距与波长有关，波长越长，间距越大.若狭缝与白炽灯垂直，看到的是平行缝的衍射的亮点或较短的条纹，故选项B错误.\n【变式备选】用一单色光源垂直照射带有圆孔的不透明光屏，下列几种情况中，在圆孔后面的光屏上各看到什么现象？(1)圆孔的直径为1cm.(2)圆孔的直径为1mm.(3)圆孔的直径为0.5μm.\n【解析】(1)当圆孔的直径为1cm时，在光屏上只能看到与圆孔形状相同的亮斑，这是光沿直线传播的结果.(2)当圆孔的直径为1mm时，在光屏上能看到单色光源倒立的像，这是小孔成像，也是光沿直线传播的结果.(3)当圆孔的直径为0.5μm时，在光屏上能看到衍射条纹，这是由于小孔的尺寸与光波波长差不多，光发生衍射的结果.答案：(1)亮斑(2)像(3)衍射条纹\n二、单缝衍射与双缝干涉的比较\n\n\n(1)单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉，从而理解条纹相间排列.(2)光波的波长增大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大.(3)复色光的衍射或干涉图样，可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加.\n【典例2】(2011·塘沽高二检测)如图所示的4幅明暗相间的条纹图样，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、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹).则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是()\n【解题指导】在分析干涉、衍射图样的区别时，主要注意图样条纹宽度的情况：若条纹宽度相等，则是干涉条纹；若中间条纹最宽，两边越来越窄，则是衍射条纹.分析光的颜色时，主要是看条纹的间距，波长越长，条纹越宽，间距越大.【标准解答】选B.双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的条纹，因此1、3是干涉条纹，2、4是衍射条纹.干涉条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此1是红光，3是蓝光.同一单缝衍射条纹，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，4是黄光.\n【规律方法】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，两侧的亮条纹逐渐变窄.(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.\n【变式训练】在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是()A.换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变窄B.换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽C.使单缝宽度变小，衍射条纹的亮度降低、间距变窄D.增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽\n【解析】选B、D.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，换用波长较长的光照射，条纹间距变宽，故A错，B正确；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，故C错；当光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，故D正确.\n三、自然光和偏振光的比较\n自然光和偏振光的比较见表\n(1)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，都是典型的偏振光，并且是完全偏振光，振动方向相互垂直.(2)只有横波才能发生偏振现象，光是横波.\n【典例3】(2011·青岛高二检测)奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量.其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振光的偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关，将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了.如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，绕中心轴转动偏振片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()\nA.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处光的强度最大，则偏振片B转过的角度等于θD.将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，则偏振片A转过的角度等于θ\n【解题指导】光线经过被测样品后，偏振方向旋转了θ角度，要使光能穿过两偏振片，则A、B相差的角度也需是θ角.\n【标准解答】选A、C、D.根据题意可知，开始A、B两偏振片的透光方向相同，当被测样品置于A、B之间时，光线旋转一个角度θ，因此到达O处光的强度会明显减弱；为了使得O处的光线强度最大，则必须将其中一个偏振片旋转角度θ，使光线穿过偏振片时，光的偏振方向与偏振片的透光方向一致.\n【变式训练】(2011·福州高二检测)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\n【解析】选A.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垂直，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，继续旋转偏振片时，透振方向又逐渐偏离，光线逐渐减弱.所以选项A正确.\n【典例】如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则()\nA.图中a光为偏振光B.图中b光为偏振光C.以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮\n【标准解答】选B、D.自然光沿各个方向是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是沿着某一特定方向振动的光.从电灯发出的光是自然光，则选项A错误；它通过A后，变成偏振光，则选项B正确；在P处看不到光亮，则A、B的透振方向垂直，若将B转过180°后，两偏振片透振方向仍垂直，仍看不到光亮.若将B转过90°后，两偏振片透振方向一致，能看到光亮，故选项C错误，选项D正确.\n一、选择题1.(2011·三明高二检测)下列关于偏振光的说法中正确的是()A.自然光就是偏振光B.沿着一个特定方向传播的光叫偏振光C.沿着一个特定方向振动的光叫偏振光D.单色光就是偏振光【解析】选C.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同；只有沿着特定方向振动的光才是偏振光.所以选项C正确.\n2.(2011·佛山高二检测)对衍射现象的定性分析，不正确的是()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\n【解析】选D.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小的多的情况下，光才看做沿直线传播的，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.\n3.(2011·西安高二检测)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直条纹B.白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹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，说明光沿直线传播，不存在光的衍射\n【解析】选A、C.单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹.光照到不透明小圆盘上，在其阴影处出现光点，是衍射现象.光的衍射现象只有明显与不明显之分.选项D中屏上大光斑只是衍射现象不明显，不能认为不存在衍射现象.\n4.在拍摄日落水面下的景物时，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【解析】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，所以偏振片的透振方向应与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光.故选项A正确.\n5.(2011·洛阳高二检测)如图所示，a是一偏振片,a的透振方向为竖直方向.下列四种入射光束哪几种照射a时能在a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°的光\n【解析】选A、B、D.只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片.太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片.\n6.(2011·福州高二检测)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、cB.b、cC.a、dD.b、d【解析】选D.单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样.\n二、非选择题7.如图所示，A、B两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图象，其中图A是光的_____(填“干涉”或“衍射”)图象.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径_____(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径.【解析】小孔衍射时，孔的直径越小，衍射越明显.答案：衍射小于\n8.(2011·攀枝花高二检测)如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？说明理由.(1)在单色自然光源S后加一偏振片P.(2)在(1)情况下，再加P1、P2，P1与P2透振方向垂直.\n【解析】(1)到达S1、S2的光是从同一线偏振光分解出来的，它们满足相干条件，故能看到干涉条纹.(2)由于从P1、P2射出的光透振方向相互垂直，不满足干涉条件，若P1和P2中有一个与P的透振方向垂直，在光屏上也没有其中之一的光波，两振动方向相互垂直的光不能产生干涉现象，故不能看到与双缝平行的干涉条纹.答案：见解析\nThankyou!\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全