粤教版 (2019)第六节 光的衍射和偏振教学演示课件ppt

这是一份粤教版 (2019)第六节 光的衍射和偏振教学演示课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了直线传播，光的衍射，暗条纹或暗斑，明暗条纹，v明暗，泊松亮斑，光的偏振，偏振片，激光的特点及应用，平行度等内容，欢迎下载使用。

1．知道光的衍射现象，知道几种衍射现象的图样2．理解光产生明显衍射的条件3．知道光的偏振现象，知道偏振是横波特有的性质4．知道偏振光和自然光，知道偏振光的应用5．了解激光的特性和应用，应用激光观察全息照片
1．通过实验培养学生观察、表述物理现象，概括其规律特征的能力，学生亲自做实验，培养学生的实践能力2．通过对“泊松亮斑”的讲述，使学生认识到理论必须通过实践检验，实验是检验理论是否正确的标准3．通过众多的光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性
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1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了__________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________________的现象．2．衍射图像：衍射时产生的____________或光环．
3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现________相间的条纹，中央为________条纹，中央条纹最________最亮，其余条纹变________变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现________条纹，中央为________条纹．4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现________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________，这就是著名的___________．
6．衍射光栅(1)结构．由许多________的狭缝等距离地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________，亮度________．
将一个大的不透明障碍物上的正三角形孔从边长10 cm逐渐减小到零，让阳光从孔中通过，在障碍物后暗箱中的屏上可看到什么现象？
【答案】开始阶段，孔比较大，在屏上得到一个正三角形亮斑，如图甲所示．随着孔的减小，亮斑也变小；孔再小，在亮斑周围出现一个亮度比较弱的圆，这是小孔成像，如图乙所示．继续减小孔的尺寸，在光屏上出现彩色的衍射图样，这时是明显的衍射现象；孔再小，光线变弱，直到什么也看不见．
(多选)在城市交通中，用红灯表示禁止通行，其原理是(　　)A．红光容易产生干涉B．红光照射的距离大C．红光容易引起人们的视觉反应D．红光容易产生衍射【答案】CD　【解析】红光在可见光中的波长最长，容易发生衍射，在雾天、雨天、沙尘暴等恶劣天气里，使司机和行人都能看到红灯，避免交通事故的发生；同时红光也容易引起人们的视觉反应．
1．自然光和偏振光的主要区别是什么？2．自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？
【答案】1．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．经水面反射和折射的光都是偏振光．
(多选)P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束照射P时能在P的另一侧观察到透射光的是(　　)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°角振动的光【答案】ABD　
【解析】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．
2．全息照相(1)与普通照相技术的比较．普通照相技术所记录的只是光波的________信息，而全息照相技术还记录了光波的________信息．(2)原理：全息照片的拍摄利用了光的________原理．
利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？
【答案】应用了“平行度”非常好的性质．
激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹，含有被拍摄物体反射的光的所有信息，实现了照片的立体性．若照相时，被摄物体被挡住一部分，通过调整视线仍可看见被挡部分．照片被切开成两半，从一半上仍可看到物体的全像，照片就像一个观察物体的窗口．激光全息照相利用了激光________的性质．【答案】相干性好　【解析】全息照相利用激光的频率单一、相干性好的特点，使参考光和物光有很高的相干性，拍摄立体照片．
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这是用光射到一个不透光的小圆形障碍物上形成的影，影的中心有一个圆形的亮斑．问题(1)你知道这是怎样形成的吗？(2)白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点？(3)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？
【答案】(1) 光的衍射．(2) 都是中央为白色条纹，两侧为彩色条纹．(3) 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，衍射都会发生．
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．
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：圆孔衍射如图所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图甲所示的情形，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，光屏上出现如图乙所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．
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环的亮度大，外面是明暗相间的不等距的亮圆环．越向外，亮环亮度越低．b．白光的圆孔衍射图样中央圆环为白色，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．素养点评：本探究通过对光的衍射的探究，培养“物理观念”素养．
对光的衍射的理解精练1　(2020年北京名校质检)一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹．现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到(　　)A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央明条纹变宽些C．只有一条与缝宽对应的明条纹D．无条纹，只存在一片红光
【答案】B　【解析】衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样的中央明条纹较宽，两侧都出现明暗相间的条纹；干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹且亮度迅速减弱．故选B.
变式1　(2020年浙江名校调研)如图所示的4幅明暗相间的条纹，分别是红光经过间距不同的双缝及宽度不同的单缝所形成的．则在下面的四幅图中(甲、乙、丙、丁)依次对应的是(　　) A．双缝宽间距，双缝窄间距，宽单缝，窄单缝B．双缝窄间距，双缝宽间距，窄单缝，宽单缝C．宽单缝，窄单缝，双缝宽间距，双缝窄间距D．窄单缝，宽单缝，双缝窄间距，双缝宽间距【答案】A　
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．
在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片，如果不戴这副眼镜，银幕上的图像就模糊不清了． 问题：这是为什么？【答案】立体电影的光是偏振光．只有与偏振片透振方向一致的光才能通过．
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，这个方向叫作透振方向．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
素养点评：本探究通过“光的偏振”，培养“物理观念”素养．
光的偏振精练2　(多选)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的右侧放上光屏，如图所示，则下列说法正确的是(　　)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【答案】BD　
【解析】P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致．所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小．即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱．故B、D正确．
变式2　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．【答案】垂直　透明　不透明　
【解析】假设光从下向上传播，光线通过下偏振片时成为偏振光，如果不加电压，偏振光通过液晶时偏振方向旋转90°，此时光线能透过上偏振片，可知上偏振片的透振方向应与此时偏振光的偏振方向相同，即与下偏振片的透振方向垂直；组成数字的笔画处有时透明，有时不透明，可知笔画处为透明电极，当加上电压时液晶旋光性消失，光线不能透过．
 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，这个方向叫作“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．
激光作为一种人造光源在科研、通讯、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等．  问题：激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？【答案】激光具有单色性好、相干性好、亮度高、平行度好等特性．
1．激光的产生激光是人工生产的相干光．
2．激光具有的特点(1)相干性好．所谓相干性好，是指容易产生干涉现象．普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件．所以，现在我们做双缝干涉实验时，无须在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹．利用相干光易于调制的特点传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量．
(2)平行度非常好．与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距．现在利用激光测量地月距离精确度已达到1 m.(3)激光的亮度非常高．它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．如果把强大的激光束汇聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温．(4)激光单色性很好．激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的．
3．全息照相如图所示为拍摄全息照片的基本光路．同一束激光被分为两部分，一部分直接照射到底片上(称为参考光)，另一部分通过被拍摄物反射后再到达底片(称为物光)．参考光和物光在底片上相遇时会发生干涉，形成复杂的干涉条纹．底片上某点的明暗程度反映了两束光叠加后到达这点时光波的强弱．全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，要求参考光和物光有很高的相干性．素养点评：本探究通过“激光”，培养“物理观念”素养．
激光及其应用精练3　关于激光的应用问题，下列说法中正确的是(　　)A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点C．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
【答案】C　【解析】由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度高，B错误；医疗中的“激光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；“激光测距”利用的是激光的平行度和方向性好的特点，D错误．
变式3　(多选)关于激光与自然光，下列说法正确的是(　　)A．激光的频率单一，而自然光是含有各种色光频率的光，所以激光的相干性好B．自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的C．激光和自然光都具有相同的本质，它们都是由原子的跃迁产生的D．相干性好是激光与普通光的基本区别【答案】ACD　
【解析】激光的频率单一，相干性很好，自然光中含有各种频率的光，故A、D正确；激光和自然光都是由原子的跃迁产生的，故B错误，C正确．
偏振光的应用偏振光的应用非常广泛．(1)在摄影中的应用：在镜头前安装一片偏振滤光片，可以减弱进入镜头的反射光．(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字．(3)夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理．(4)立体电影也利用了光的偏振原理．
【考题延伸】(多选)如图所示是立体电影的工作原理图，观众戴上一副特殊的眼镜就能看到由立体电影放出的立体图像．
关于立体电影，以下说法正确的是(　　)A．观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛B．这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片C．戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像D．产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同【答案】BD　
【解析】放立体电影时有左右两架放映机同时工作．在每架放映机前装有一块偏振镜子，其偏振方向互相垂直，因此从放映机前偏振镜射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经屏幕反射其偏振方向不改变，观众眼睛所戴的偏振眼镜的两只镜片偏振方向互相垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振镜的偏振方向一致，这样，左眼只能看到左边放映机映出的画面，右眼只能看到右边放映机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感．B、D正确．素养点评：本题通过考查光的偏振，培养学生的“科学态度与责任”的素养．
课堂小练 | 素养达成
1．如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样(　　)    【答案】B　【解析】由泊松亮斑衍射图样特点可判断B正确．
2．(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的(　　)A．单色性好 B．平行度好C．粒子性 D．高能量【答案】BD　【解析】激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官．
3．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【答案】A　【解析】观察衍射图样发现：狭缝的宽度逐渐变小，衍射现象越明显，衍射条纹间距变大．本题是缝宽增大，A正确．
4．关于自然光和偏振光，以下说法正确的是(　　)A．自然光包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光D．晚上月亮光是自然光【答案】B　
【解析】光源发出的光，沿着各个方向振动的强度都相同的光，叫作自然光．沿某个特定方向振动的光叫作偏振光，故A错误，B正确．偏振光不能通过偏振片还原为自然光，C错误；月亮光是偏振光，D错误．
5．如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通过偏振片Q.现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90°度，下列说法正确的是(　　)A．MN间为偏振光B．PQ间为自然光C．PQ间的光线亮度逐渐变暗D．光屏N上的亮线逐渐变暗【答案】D　
【解析】MP间为自然光，PN间为偏振光，故A、B错误；PQ间亮度不变，光屏上亮度逐渐变暗，故C错误，D正确．