粤教版高中物理选择性必修第一册·第四章光及其应用4.6光的衍射和偏振 4.7 激光（课件PPT）

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第节 6、7光的衍射和偏振激光高中物理 选择性必修第一册第四章1.观察光的衍射现象,认识衍射条纹的特点;观察光的偏振现象,知道光是横波。2.知道产生明显衍射的条件,知道自然光和偏振光的区别。3.知道偏振现象的应用,了解激光的特性和应用,认识科学与社会之间的联系。学习目标使太阳光垂直照射到一块遮光板上,板上有可以自由收缩的正方形孔,孔的后面放置一个光屏,在正方形孔逐渐变小的过程中,光屏上依次可以看到什么现象?引入要点提示 正方形孔较大时看到正方形光斑,孔逐渐减小看到屏上的正方形光斑由大到小,孔再减小看到圆形光斑,孔小到一定程度后看到衍射现象.一、光的衍射1.光的狭缝衍射（1）光的狭缝衍射现象:当狭缝较宽时,观察屏上是一条亮的光带,光带的宽度符合光的直线传播规律.但是,当狭缝不断变窄时,观察屏上会出现中央亮且宽、两边对称分布、明暗相间的光带,整个图样远大于光通过狭缝时按照直线传播所能照亮的区域.这表明光绕过了狭缝边缘传播,而不是沿直线传播.（2）狭缝衍射图样的特点 ①中央条纹最亮、越向两边越暗;中央条纹最宽,越靠外,条纹间距越窄.②缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮条纹的亮度降低.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.入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大.　 中央宽且亮,两边窄且暗 　衍射越明显 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.(2)圆孔衍射如图所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图甲所示的情形,无明显的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射图样,为明暗相间的圆环.（1）光的圆孔衍射现象如果将狭缝换成大小可调的圆孔,当圆孔足够小时,同样能观察到中央为明显的亮斑、周围是明暗相间的圆形光环的图样.和光线通过狭缝传播相似,圆形光环的图样远大于通过圆孔时按照直线传播所能照亮的区域.2.圆孔衍射(3)圆孔衍射的图样特征①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,圆(亮)环亮度越低.②白光的圆孔衍射图样:中央亮圆为白色,周围是彩色圆环.3.圆板衍射(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓的边缘模糊不清,若在单色光(如激光)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,如图丙所示. 与圆孔衍射不同 丙 (2)形成泊松亮斑时,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.4.发生明显衍射的条件当障碍物的尺寸与光的波长相当,甚至小于光的波长时,衍射现象将十分明显.想一想 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,衍射现象都会发生,只有明显与不明显之分.例1 如图所示的四种明暗相间的条纹分别是红光、黄光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及绿光、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,颜色依次是(　　)A.黄绿红紫　　　　　　 B.黄紫红绿C.红紫黄绿 D.红绿黄紫C  规律方法 入射光波长越长,障碍物、小孔或狭缝的尺寸越小,衍射现象越明显. 变式训练 在一次观察光的衍射实验中,观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样,那么障碍物是(　　)A.很小的不透明圆板B.很大的不透明圆板C.很大的中间有大圆孔的不透明挡板D.很大的中间有小圆孔的不透明挡板解析 用光照射很大的中间有小圆孔的不透明挡板时出现明暗相间的衍射图样,即题图中所示的图样,故D正确.D思考：在光的干涉和衍射实验中均可观察到明暗相间的条纹,下列三幅图样中哪幅为光的双缝干涉图样,哪幅为光的单缝衍射图样?要点提示 甲为光的双缝干涉图样;乙为光的单缝衍射图样. 二、单缝衍射和双缝干涉的比较单缝衍射与双缝干涉的比较 要点笔记 光波的波长越长,干涉条纹、衍射条纹的宽度都变大. 例2关于光的干涉和衍射现象,下列说法正确的是(　　)A.光的干涉现象遵循波的叠加原理,衍射现象不遵循波的叠加原理B.白光的干涉条纹是彩色的,衍射条纹是黑白相间的C.光的干涉现象说明光具有波动性,光的衍射现象不能说明这一点D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果D解析 光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象,都是光波叠加的结果,白光的干涉条纹是彩色的,白光的衍射条纹也是彩色的,只是条纹间距特点及亮度特点不同而已.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,中央明条纹最宽,两侧的条纹变窄.(2)根据明条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央明纹往两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹中央明纹最亮,两侧的明纹逐渐变暗.变式训练 如图所示为红光、蓝光分别通过单缝、双缝所呈现的图样,则(　　)A.甲为蓝光的衍射图样B.乙为红光的干涉图样C.丙为红光的衍射图样D.丁为蓝光的干涉图样D 二、光的偏振1.具有特定振动方向的光叫作偏振光.2.只有横波才具有偏振性,光是横波.想一想 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.3.自然光和偏振光的比较 要点笔记 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完全通过偏振片,这个方向叫作透振方向.例3(多选)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(　　)A.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BD 规律方法 对偏振光的两点理解(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光,透射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,透光的强度与偏振方向和偏振片方向的夹角大小有关.变式训练在拍摄日落时分水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振片,其目的是(　　)A.减少阳光在水面上的反射光B.阻止阳光在水面上的反射光进入照相机镜头C.增强光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度D.减弱光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度B 解析 日落时分的阳光照射到水面上时,反射光很强,照相机镜头对着水面时,进入镜头的光线既有阳光经水面的反射光,又有由水中折射入空气的折射光.前者光线进入镜头得到实际景物在水中的倒影的像,而后者光线进入镜头所摄得的照片才是水下景物的像,两者在同一底片上相互干扰,使图像模糊不清.若在镜头上安装一偏振片,转动偏振片方向使其透振方向与反射光的偏振方向垂直,即可最大限度地阻止反射光进入镜头,增强图像的清晰度.三、激光1.激光的特性(1)单色性好:普通光源发射的光,通常包含各种不同频率的光,因而包含有各种颜色.而激光发射的光谱宽度很窄,因此激光是单色产生很好的光源.(2)相干性好:普通光通常是非相干光,激光是相干光束,它为我们提供了很好的相干光源.(3)平行度好:激光束的发散角很小,方向性很强,激光光束的能量在空间高度集中,不容易发散,例如激光从地球照射到月球上形成的光斑直径仅约1 km.(4)亮度高:激光的亮度可比普通光源高出1012~1019倍,是目前最亮的光源,强激光甚至可产生上亿度的高温.2.激光的应用激光在现代生活生产中有广泛的应用,并形成了很多与激光相关的产业,比如激光通信、激光武器、激光加工、激光医学、激光成像等.想一想 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?提示 应用了平行度好的性质.例4 下列选项中不是激光的应用的是(　　)A.全息照相 B.光纤通信C.偏振片 D.医用“光刀” C变式训练(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.普通光源就可以发出激光C.激光可以像刀子一样切除肿瘤D.激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象AC本课小结1.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 当堂检测A解析 观察衍射图样发现:狭缝的宽度逐渐变小,衍射现象越来越明显,衍射条纹间距变大.本题是缝宽增大,所以选项A正确.2.(多选)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是(　　)A.自然光包含着在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同B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光C.自然光透过两个偏振片后可还原为自然光D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光解析 自然光沿各振动方向的光波的强度相同,选项A错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定方向振动,选项B正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,选项C错误;太阳、电灯等普通光源发出的是自然光,选项D正确.BD3.(多选)(2021山东日照高二月考)激光的诞生是一件大事,它使得人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源.下列激光的特性及其应用,正确的是(　　)A.医学上用激光“焊接”剥落的视网膜,是利用激光的相干性好B.实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验,是利用激光的相干性好C.激光能够比较精确测量地球到月球的距离,是利用激光的平行度好D.激光束很容易给坚硬的材料上打孔,是利用激光的亮度高解析 医学上用激光“焊接”剥落的视网膜,是利用激光的亮度高的特点,A错误;实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验,是利用激光相干性好的特点,B正确;激光能够比较精确测量地球到月球的距离,是利用激光平行度好的特点,C正确;激光束很容易给坚硬的材料上打孔,是利用激光的亮度高的特点,D正确.BCD4.下列哪种现象不是由于衍射形成的(　　)A.通过两支铅笔中间的狭缝观察发光的日光灯会看到彩色条纹B.光照在不透光的小圆盘上,在其后面阴影中心会出现小亮点C.在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面能看到彩色条纹D.声音能够绕过障碍物传播解析 通过两支铅笔中间的狭缝观察发光的日光灯会看到彩色条纹是光的衍射现象,A不符合题意;光照在不透光的小圆盘上,在其后面阴影中心会出现小亮点属于光的衍射现象,B不符合题意;在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面能看到彩色条纹属于薄膜干涉现象,C符合题意;声音能够绕过障碍物传播,属于声波的衍射现象,D不符合题意.C谢 谢！