人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光6 光的偏振 激光教课内容课件ppt

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一、光的衍射1.衍射现象光通过很窄的缝(很小的孔)时,没有沿直线传播,它绕过了缝(孔)的边缘,传播到了相当　　的地方。 2.单缝衍射条纹的特点一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、最亮,离中央条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越小。
3.发生明显衍射的条件在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候,衍射现象十分明显。4.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元件。 (2)衍射图样的特点:与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。
二、偏振现象1.偏振现象与偏振方向不同的横波,即使传播方向相同,　　　　　也可能是不同的。这个现象称为“偏振现象”。横波的　　　　　称为“偏振方向”。 
2.光的偏振(1)自然光: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　　　　　　振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都　　　　。这种光是“自然光”。 　　 光的能量(2)偏振片:由特定的材料制成的光学仪器。(3)偏振片的透振方向:每个偏振片都有一个特定的方向,沿着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　　　　的光不能通过,这个方向叫作“透振方向”。 
(4)偏振光:①通过偏振片的光波,在　　　　于传播方向的平面上,沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光。②自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光。 (5)偏振现象证明光是横波。 振动方向与传播方向垂直3.偏振现象的应用在照相机镜头前装一片偏振滤光片,转动滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以减弱反射光的影响。
三、激光的特点及其应用1.激光:1960年,美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了　　　　　、　　　　　　　、　　　　　一致的光波,这就是激光。 2.激光的特点及应用(1)激光具有高度的相干性。(2)激光能像无线电波那样被调制,用来传递信息。(3)激光的平行度非常好,在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。激光的这个特点使它可以用来进行精确的测距。(4)激光的亮度很高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在很硬材料上打孔。
情境链接用两支铅笔夹成一条狭缝,将眼睛紧贴着狭缝并使狭缝与日光灯管平行,你会观察到什么现象?试解释这个现象。
提示 会看到彩色条纹,是衍射现象。
教材拓展阅读教材P106的“泊松亮斑”故事,从中你得到什么启发?
提示 在物理研究中要有实事求是的精神,实验是研究物理的重要方法。
易错辨析(1)衍射条纹图样是光波相互叠加的结果。(　　)(2)平时很难观察到光的衍射现象是因为一般的障碍物或缝的尺寸很大。(　　)(3)光的衍射说明光不能沿直线传播。(　　)(4)凡是波都有偏振现象。(　　)(5)反射可以引起自然光的偏振。(　　)
只有横波才有偏振现象。
(6)由于激光的方向性好,所以激光不发生衍射现象。(　　)(7)激光可做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好的特点。(　　)
一切波都能发生衍射。
“光刀”利用了激光能量高的特点。
探究点一　三种衍射图样的比较
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,猜一猜光屏上依次可以看到的不同现象。
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,孔小到一定程度看到明暗相间的彩色条纹。
1.单缝衍射图样的特点(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。(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(1)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。
(2)圆孔衍射的图样特征①单色光: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: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。
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。
【例1】 对于单缝衍射现象,下列说法正确的是(　　)A.缝的宽度d越小,衍射条纹越亮B.缝的宽度d越小,衍射现象越明显C.缝的宽度d越小,光的传播路线越接近直线D.入射光的波长越短,衍射现象越明显
解析 单缝宽度越小,衍射条纹的亮度越小,选项A错;入射光的波长越长,单缝宽度越小,衍射现象越明显,选项B对,选项C、D错。
方法技巧　对衍射现象的理解(1)衍射现象是否明显方面:入射光波长越长,障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小,衍射现象越明显。(2)衍射条纹的亮度方面:小孔和狭缝的尺寸越小,衍射条纹的亮度越小。
对点演练1.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,那么障碍物是下列给出的(　　)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,即题图中所示图样,故D正确。
探究点二　单缝衍射和双缝干涉的比较
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双缝干涉图样,哪幅为单缝衍射图样?
要点提示 a为双缝干涉图样;b为单缝衍射图样。
单缝衍射与双缝干涉的比较
特别提示　光波的波长越长,干涉条纹、衍射条纹的宽度都变大。
【例2】 (多选)(2022山东卷)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象,狭缝S1、S2的宽度可调,狭缝到屏的距离为l。同一单色光垂直照射狭缝。实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(　　)
A.图乙是光的双缝干涉图样,当光通过狭缝时,也发生了衍射B.遮住一条狭缝,另一条狭缝宽度增大,其他条件不变,图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时,增加l,其他条件不变,图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D.照射两条狭缝时,若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍,P点处一定是暗条纹
答案 ACD　解析 根据干涉和衍射原理可知,选项A、D正确。遮住一条缝后是衍射现象,当缝宽度增大时,亮条纹宽度变小,选项B错误。根据Δx= λ可知,l增大,Δx增大,选项C正确。
方法技巧　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。
对点演练2.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
解析 单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,而波长越大,中央亮条纹越粗,故甲、乙是衍射图样,且甲图为红光的单缝衍射图样,乙图为蓝光的衍射图样,故A、B错误;双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有条纹宽度相同且等间距,故丙、丁是双缝干涉现象,根据双缝干涉条纹间距Δx= λ可知,波长越大,条纹间距越大,故丙图为红光的干涉图样,丁图为蓝光的干涉图样,故C错误,D正确。
探究点三　自然光和偏振光的比较
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。这是为什么?
要点提示 立体电影的光是偏振光。因为光是横波,只有与偏振片透振方向一致的光才能通过。
1.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完全通过偏振片,这个方向叫作“透振方向”。偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。
2.自然光和偏振光的比较
【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
解析 自然光沿各个方向振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光,则选项A错误;它通过偏振片A后,即变为偏振光,则选项B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,则偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180°后,在P处看不到光亮,即选项C错误;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处可看到光亮,选项D正确。
方法技巧　对偏振光的理解(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。
对点演练3.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
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得到的才是水下景物的像,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。
激光切割技术已广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高加工质量。现代的激光成了人们所幻想追求的削铁如泥的“宝剑”。激光切割是利用了激光的什么特点来完成的?
要点提示 激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。
1.激光的产生激光是实验室中制造出的光,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。2.激光的特点(1)激光是人工产生的相干光,其单色性好,相干性好。(2)激光的平行度好。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,而相同条件下,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】 让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,就可以读取光盘上记录的信息,经过处理后还原成声音和图像,这是利用了激光的(　　)A.平行度好,可以会聚到很小的一点上B.相干性好,可以很容易形成干涉图样C.亮度高,可以在很短的时间内集中很大的能量D.波长短,很容易发生明显的衍射现象
解析 激光的平行度好,容易会聚成一个很小的光点,让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上,传感器把光盘反射的光转化为电信号进行处理,还原出声音或图像,只有选项A正确。
对点演练4.(多选)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.激光束很容易在坚硬的材料上打孔,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,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量的特点,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,是利用激光的平行度好的特点,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。
1.(产生明显衍射的条件)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
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.(区分圆孔和圆板衍射图样)(2023河北邢台第二中学高二阶段练习)某研究性学习小组用激光束照射不同直径的圆孔和不透明圆板后,拍摄了许多屏上的图样,图甲和图乙是学习小组拍摄的图样中的两张,下列说法正确的是(　　)
A.图甲为“泊松亮斑”B.图甲和图乙都是光线照射到圆孔后的衍射图样,图甲中孔的直径较小C.图甲和图乙都是光线照射到圆板后的衍射图样,图乙中板的直径较小D.图甲是光线照射到圆孔后的衍射图样,图乙是光线照射到圆板后的衍射图样
解析 圆孔衍射图样是中央大亮斑,周围为明暗相间的圆环,不透明圆板衍射的图样是背后大阴影中心处有个亮斑,即“泊松亮斑”,因此图甲为光线照射到圆孔后的衍射图样,图乙为光线照射到圆板后的衍射图样,且图乙为“泊松亮斑”,故D正确,A、B、C错误。
3.(偏振现象在照相机镜头中的应用)(2023广东潮州高二期末)在拍摄水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振滤光片,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 当偏振片的方向与偏振光的方向平行时,允许偏振光通过,当它们相互垂直时,偏振光不能通过。拍摄水下景物时为了使照片清晰,则要过滤掉水面的反射光,所以让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,从而减弱反射光,使景物的像清晰,故选A。