人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射示范课课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册5 光的衍射示范课课件ppt，共41页。PPT课件主要包含了探究·必备知识，突破·关键能力，提升·核心素养，检测·学习效果，探究新知，想想议议，知识点二光的偏振，激光的特点及应用，平行度，要点一光的衍射等内容，欢迎下载使用。
1.了解光的衍射概念及产生明显衍射现象的条件。2.知道衍射、衍射光栅在生产生活以及科学技术中的应用,了解科学、技术和社会的关系。3.通过光的衍射的学习,对光的直线传播现象提出质疑,会从不同角度思考物理问题。4.通过观察光的偏振现象,知道光是横波。5.知道偏振光和自然光的区别,能运用偏振知识解释生活中的一些常见光学现象。6.了解激光的特性,能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
1.光的衍射现象:光通过很窄的狭缝时,光没有沿 传播,它绕过了缝的边缘,传播到 的地方的现象。2.明显衍射的条件:在障碍物或狭缝的尺寸 小时,衍射现象十分明显。3.衍射图样:衍射时产生的 。4.各种不同形状的障碍物都能使光发生 ,致使影的轮廓 ,出现 的条纹。
知识点一　光的衍射　衍射光栅
5.衍射光栅。(1)定义:由许多 的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。(2)分类。①透射光栅;②反射光栅。(3)衍射图样特点:与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度 ,亮度 。
用三块不透光的板,在每块板的中间各开一个圆孔,各板所开的圆孔直径依次变小。装置如图甲所示,先用点光源照射圆孔最大的那块板,在屏上会出现一个如图乙所示的明亮圆形光斑;再换上圆孔较小的那块板,在屏上会出现如图丙所示较小的明亮圆形光斑;最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板,在屏上会出现如图丁所示的明暗相间的条纹。
回答下列两个问题:(1)图乙、丙中的情境是什么现象?答案:(1)图乙、丙中的情境是光的直线传播现象。(2)图丁中的情境是什么现象?答案:(2)图丁中的情境是光的衍射现象。
1.偏振(1)偏振现象:不同的横波,即使传播方向相同, 也可能不同的现象,称为偏振现象。(2)方向: 的振动方向称为偏振方向。2.光的偏振(1)偏振片由特定的材料制成,每个偏振片都有一个 的方向,沿这个方向振动的光波能顺利通过偏振片,偏振方向与这个方向垂直的光不能通过,这个偏振方向叫作 方向。
(2)自然光:由太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿 的光,而且沿各个方向振动的光波的 都相同。(3)偏振光:自然光通过某一偏振片后,在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定的方向振动的光叫作偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是 光,入射角变化时偏振的程度也有所变化。3.偏振现象的应用摄影中应用偏振光:在照相机镜头前安装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向 ,就可以减弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。
立体电影放映时,通过两台放映机,同步放映两组胶片,观众必须戴上特制的“3D”眼镜观看,才会产生立体感,使观众有身临其境的体验。若不戴上述眼镜,则看到银幕上的画面就会出现重影而模糊不清。请想一想,戴上“3D”眼镜观看立体电影应用了什么原理?答案:应用了光的偏振。
知识点三　激光的特点及其应用
如图利用激光测量地球到月球的距离,想一想这是应用了激光哪方面的特点?答案:应用了激光平行度好的特点。
探究以下两个问题。探究:(1)让一束红光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上,逐渐减小两个卡脚之间的距离,使缝越来越小,则屏幕上的条纹如何变化?答案:(1)当缝较宽时,在屏上产生一条与缝宽相当的亮条纹,当缝调到很窄时,亮条纹的亮度有所降低,但宽度增加了,还出现了明暗相间的条纹。(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔,用眼睛通过小孔观察太阳光,会观察到什么现象?答案:(2)会观察到中央为亮圆,周围为彩色的圆环。
1.光的衍射与光的直线传播的关系(1)光的直线传播只是一个近似的规律,当障碍物或狭缝的尺寸很大时,衍射现象不明显,光可以看成沿直线传播。(2)在障碍物或狭缝的尺寸足够小时,光会发生明显的衍射现象。2.三种衍射图样的比较三种衍射图样如图所示。
(1)单缝衍射。①单色光通过狭缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹,中央条纹最宽最亮,两侧的亮条纹逐渐变暗变窄;白光通过狭缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹。
②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。(2)圆孔衍射。①光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。②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。③圆孔越小,中央亮斑的直径越大,同时亮度越弱。(3)圆盘衍射(泊松亮斑)。①若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物,会发现在影的中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑。②中央是亮斑,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外还有不等间距的明暗相
间的圆环,周围的亮环或暗环的间距随半径增大而减小。
[例1] (多选)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,说明光沿着直线传播,不存在光的衍射现象
解析:该题考查衍射图样和对衍射现象的理解。单色光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹,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。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。
[即时训练1] 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,只是亮条纹比原来暗些B.与原来不相同的明暗相间的条纹,中央亮条纹较宽C.只有一条与缝宽对应的亮条纹D.无条纹,只存在一片红光
解析:因产生了干涉现象,说明两缝都很窄,能够满足使红光发生明显衍射的条件,即挡住一条窄缝后,在屏上得到的是红光的单缝衍射图样,故选B。
要点二　单缝衍射与双缝干涉的比较
根据下列提供的三幅图样探究下列问题:探究:(1)哪些属于光的单缝衍射图样?答案:(1)单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮,所以b、c是单缝衍射图样。(2)哪些属于光的干涉图样?答案:(2)双缝干涉条纹是等间距的条纹,故a是干涉图样。
单缝衍射与双缝干涉的比较
[例2] 如图所示的四种明暗相间的条纹是红光、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)。在下面的四幅图中从左往右排列,亮条纹的颜色依次是(　 　)A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫
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。
[即时训练2] (多选)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时,用激光比普通光源效果更好,图像更清晰。如图甲所示,如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色条纹,还能通过感光元件中的信号转换,在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是(　 　)A.做单缝实验时,光强分布图如乙所示B.做单缝实验时,光强分布图如丙所示C.做双缝实验时,光强分布图如乙所示D.做双缝实验时,光强分布图如丙所示
解析:当做单缝实验时,中间是亮条纹,往两侧条纹亮度逐渐降低,且亮条纹的宽度不等,所以其光强分布如题图乙,A项正确,B项错误;当做双缝实验时,在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹,所以其光强分布如题图丙,C项错误,D项正确。
如图所示,在柏油马路和湖面上常常遇到耀眼的眩光,它使人的视觉疲劳。这些天然的眩光往往是光滑表面反射而来的镜式反射光和从粗糙表面反射的漫反射光重叠的结果,漫反射光是非偏振光,而镜式反射光一般是部分偏振光。由于它们是从水平面上反射的,光线的入射面是垂直的,所以反射光含有大量沿水平方向振动的偏振光。要想消除这种眩光,只要将光线中的水平振动成分减弱些就可以了。同理,要想消除从竖直面反射来的眩光,如玻璃窗反射来的眩光,所用偏振轴应取水平方向。请探究下列两个问题。探究:(1)某些特定环境下照相时,常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使影像清晰,这是利用什么原理?答案:(1)在某些特定环境下,如拍摄池水中的游动的鱼时,由于水面反射光的干扰,影像会不清楚,在镜头前装一片偏振片,清除反射光(反射光为偏振光),影像就变得清晰。这是利用了光的偏振。
如图所示,在柏油马路和湖面上常常遇到耀眼的眩光,它使人的视觉疲劳。这些天然的眩光往往是光滑表面反射而来的镜式反射光和从粗糙表面反射的漫反射光重叠的结果,漫反射光是非偏振光,而镜式反射光一般是部分偏振光。由于它们是从水平面上反射的,光线的入射面是垂直的,所以反射光含有大量沿水平方向振动的偏振光。要想消除这种眩光,只要将光线中的水平振动成分减弱些就可以了。同理,要想消除从竖直面反射来的眩光,如玻璃窗反射来的眩光,所用偏振轴应取水平方向。请探究下列两个问题。探究: (2)市场上有一种太阳镜,它的镜片是偏振片,为什么不用普通的带色玻璃片而用偏振片?安装镜片时它的透振方向应该沿什么方向?答案:(2)这种太阳镜是为了消除柏油马路和湖面上反射的耀眼的眩光,因此应用偏振片而不是带色的普通玻璃片。该反射光为水平方向的偏振光,故应使镜片的透振方向竖直。
1.光的偏振现象表明光是一种横波。2.自然光与偏振光的比较。
[例3] (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的后边放上光屏,如图所示。则下列说法不正确的是(　 　)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
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,故选A、C。
(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光,偏振光的偏振方向与偏振片的放置有关,但光的强度与偏振片的方向无关。(2)偏振光通过偏振片时,透光的强度与光的偏振方向和偏振片的透振方向的夹角大小有关。
[即时训练3] (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。下列四种入射光束中照射P时能在P的另一侧观察到透射光的有(　 　)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
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。
重型激光武器系统,综合作战能力强,可以充分适用于陆战和海战之中。探究:激光武器利用了激光的哪些特性?答案:激光武器利用了激光的单色性好、平行度好、亮度(能量)高等特性。
1.激光的产生激光是原子受激辐射产生的光,发光的方向、频率、偏振方向均相同,两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。2.激光的特点(1)单色性好:激光是人工产生的相干光,其单色性好、相干性好。激光的频率单一、颜色纯净。用激光做衍射、干涉实验,效果很好。(2)平行度好:从激光器发出的激光具有极好的平行性,几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后,激光斑扩展范围不过几厘米,而探照灯的光束能扩展到几十米范围。(3)亮度高:激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。
[例4] (多选)关于激光,下列说法正确的是(　 　)A.激光是用人工方法激发出的一种特殊的光B.自然界中某些天然物体也可以发出激光C.激光可以切除肿瘤D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象
解析:激光是用人工方法激发出的一种特殊的光,A项正确,B项错误;激光具有平行度好、亮度高等特点,可以切除肿瘤,C项正确;激光是一种波,只要是波就能发生衍射现象,D项错误。
[即时训练4] 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.医学中用激光作“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
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性好,B错误;医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高即能量大的特点,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。
【情境创设】奶粉的碳水化合物(糖)的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。偏振光通过糖水溶液后,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 的测量值与标度值相比较,就能确定被测样品的含糖量了。
【素养训练】(多选)如图所示是用“旋光法”测量糖溶液的浓度的原理图,S 是自然光源,A、B是偏振片,转动B,使到达O处的光最强,最后将被测样品P置于A、B之间,则下列说法中正确的是(　 　)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αD.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
解析:A、B之间不放糖溶液时,自然光通过偏振片A后,变成偏振光,通过B后到达O处。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,到达O处的光强会明显减弱;但当B转过一个角度,恰好使透振方向与经过糖溶液后的光的偏振光振动方向一致时,O处光强又为最强,故B的旋转角度为糖溶液的旋光度;因为A、B的偏振方向一致,故转动偏振片A也可以。
1.如图所示,a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是(　 　)A.a、b是光的干涉图样B.c、d是光的干涉图样C.形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短D.形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短
2.(多选)当以入射光线为轴转动偏振片时,通过偏振片观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板,下列说法正确的是(　 　)A.观察电灯和烛焰时,透射光的强弱随偏振片的旋转而变化B.观察电灯和烛焰时,透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化C.观察月球和反光的黑板时,透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化D.观察月球和反光的黑板时,透射光的强弱随偏振片的旋转而变化
解析:通过偏振片去观察电灯、烛焰时,透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化。因为灯光、烛光都是自然光,沿各个方向振动的光的强度相同,因此当偏振片旋转时,透射出来的光波的振动方向虽然改变了,但光的强弱没有改变。月球和黑板反射的光已经是偏振光,它们通过偏振片透射过来的光线的强弱都会随偏振片的旋转发生变化。故B、D说法正确,A、C说法错误。