物理人教版2019选择性必修第一册4.5光的衍射（共31张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版2019选择性必修第一册4.5光的衍射（共31张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 7.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-09-09 06:13:14 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
4.5 光的衍射
【回顾】波发生明显衍射现象的条件
条件：狭缝、障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长差不多
提问：为什么我们一般都说光沿直线传播呢？
原因：狭缝、障碍物的尺寸相比于光的波长太大了
思考：你觉得怎样才能观察到光的衍射？
1.单缝衍射图样
①明暗相间的条纹；
②各亮条纹比较：
中央亮条纹最宽最亮，越往外越暗、越窄；不等距。
③若继续减小狭缝宽度，衍射现象将更明显还是不明显？
更明显
—— 更能绕过障碍物传播，中央亮条纹将更宽。
（但亮度将有所降低）
一、单缝衍射
当缝宽一定时，先后两次用红光、蓝光照射单缝。判断哪次是红光、蓝光
蓝光
红光
交通信号灯用红绿灯
一、单缝衍射
1.单缝衍射图样
2.单缝衍射的成因
——许多的相干光源发生叠加
进而在有的区域增强，后的区域减弱，出现明暗相间的条纹
3.白光的单缝衍射：
中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央亮纹的色光是紫光，最远离中央的是红光。
一、单缝衍射
各种不同形状的障碍物都能是光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。
一、光的衍射
单缝衍射和双缝干涉的比较
名称 项目 单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生 条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多 频率、振动方向相同，相位差恒定的两列光波相遇叠加
条纹 宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
条纹 间距 各相邻条纹间距不等， 越靠外条纹间距越小 各相邻条纹等间距
亮度 中间条纹最亮，两边变暗 清晰条纹，亮度基本相等
相同点 成因 干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果
意义 干涉、衍射都是波特有的现象，表明光是一种波
一、单缝衍射
例2 如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝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．甲、乙是光的干涉图样
B．丙、丁是光的干涉图样
C．形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D．形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
A
一、单缝衍射
① 圆孔衍射图样
② 圆孔衍射图样特点
中央为圆形较亮的亮斑，
外面是明暗相间的不等距的圆环，越向外，亮环亮度越低；
红色激光的圆孔衍射图样
圆环达到的范围远远超过根据光的直线传播所应照明的面积。
只有圆孔足够小时，才能得到明显的衍射图样。
二、圆孔衍射
【思考】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现象？
1. 圆形亮斑(光的直线传播)、（如果孔是三角形，则是三角形的像）
2. 光源的像(小孔成像)、
3. 明暗相间的圆环(衍射图样)、
4. 完全黑暗
二、圆孔衍射
二、圆孔衍射
【思考】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现象？
1818 年，法国的巴黎科学院为了鼓励对衍射问题的研究，悬赏征集这方面的论文。一位年轻的物理学家菲涅耳在论文中按照波动说深入研究了光的衍射。
当时的另一位法国科学家泊松是光的波动说的反对者，他按照菲涅耳的理论计算了光在圆盘后的影的问题，发现对于一定的波长、在适当的距离上，影的中心会出现一个亮斑！泊松认为这是荒谬可笑的，并认为这样就驳倒了光的波动说。
泊松亮斑趣事
但是，就在竞赛的关键时刻，评委阿拉果在实验中观察到了这个亮斑（图 ），这样，泊松的计算反而支持了光的波动说。后人为了纪念这个有意义的事件，把这个亮斑称为泊松亮斑，也称为阿拉果亮斑。
泊松亮斑
三、圆盘衍射
用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个亮斑圆形阴影中心有一亮斑，与圆孔衍射图样有明显区别。
泊松亮斑
① 圆盘衍射图样
② 圆盘衍射图样特点
红色激光的圆孔衍射图样
三、圆盘衍射
衍射现象
针尖
狭缝
圆孔
圆屏
衍射屏(障碍物)
入射光波
衍射图样
观察屏
衍射现象
三、圆盘衍射
1.结构
有许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越亮。
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。
3．衍射光栅的种类
反射光栅和透射光栅。
透射光栅
三、衍射光栅
例1 (多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是( )
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白黑相间的直条纹
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
AC
三、衍射光栅
4.6 光的偏振 激光
4.6 光的偏振 激光
【回顾】什么是横波？什么是纵波？
1. 在纵波中，振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上.
2. 在横波中，振动方向总是垂直于波的传播方向.
传播方向相同，
振动方向也可能不同
一、偏振
1. 偏振现象：
对横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同的现象。
2. 偏振方向：横波的振动方向
纵波没有偏振现象
机械波：横波与纵波的区别
横波有偏振现象
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，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垂直的光不能通过，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。
二、光的偏振
a.通过一块偏振片P 看太阳的透射光.
（转动P，亮度有无变化？）
1. 【实验】观察阳光通过偏振片后透射光的强度变化
P
P
Q
b. 在偏振片P 的后面再放置另一个偏振片Q，转动Q 观察通过两块偏振片的透射强度有无变化？
甲
乙
检偏器
起偏器
光是一种横波
二、光的偏振
当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变．
当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱．
当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零.
二、光的偏振
自然光
自然光、偏振光
(1)太阳、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一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。这种光叫自然光。
沿着某个特定方向振动的光叫作偏振光
二、光的偏振
光的偏振现象并不罕见．除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光．自然光照在玻璃、水面、木质桌面等表面发生发射时，反射光、折射光都是偏振光。入射角变化时，偏振程度也有变化。
光振动垂直于纸面
光振动在纸面内
如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
二、光的偏振
相机的偏振滤光片能减弱玻璃表面反射光的影响（右图）
二、光的偏振
自然光和偏振光的比较
自然光 偏振光
成因 从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光 自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光
振动方向 在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动 在垂直于传播方向的平面内，并且只有一个振动方向
二、光的偏振
经偏振片后 现象比较
经偏振片后 现象比较 如上图所示，通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，转动偏振片，偏振光的亮度不变，但偏振方向随之变化 如上图所示，偏振光经偏振片后，若偏振方向与透振方向平行，屏亮；若垂直，则屏暗；若介于两者之间，则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗.
二、光的偏振
自然光和偏振光的比较
阅读教材P105、P106，学习“激光”
日光灯等一般光源，某原子什么时刻发光、在哪个方向偏振、传播方向、频率也不一定相同，不同原子发出的光没有确定的相位差。
应用1：激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息。光线通信就是激光和光导纤维结合的产物
激光：频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波
应用2：激光平行度好，传播很远的距离后仍然能保持一定的强度，测距（地月距离可达厘米级别精度），给枪械、火炮、导弹引导方向
应用3：激光能量密度高，利用激光束切割、焊接；医学上切肿瘤、美容等
应用4：利用激光研究原子分子的光谱，研究分子运动和化学反应过程，光钟
三、激光
三、偏振现象的应用——3D电影
阅读教材P106、P107，了解3D电影原理
4.5 光的衍射
【回顾】波发生明显衍射现象的条件
条件：狭缝、障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长差不多
提问：为什么我们一般都说光沿直线传播呢？
原因：狭缝、障碍物的尺寸相比于光的波长太大了
思考：你觉得怎样才能观察到光的衍射？
1.单缝衍射图样
①明暗相间的条纹；
②各亮条纹比较：
中央亮条纹最宽最亮，越往外越暗、越窄；不等距。
③若继续减小狭缝宽度，衍射现象将更明显还是不明显？
更明显
—— 更能绕过障碍物传播，中央亮条纹将更宽。
（但亮度将有所降低）
一、单缝衍射
当缝宽一定时，先后两次用红光、蓝光照射单缝。判断哪次是红光、蓝光
蓝光
红光
交通信号灯用红绿灯
一、单缝衍射
1.单缝衍射图样
2.单缝衍射的成因
——许多的相干光源发生叠加
进而在有的区域增强，后的区域减弱，出现明暗相间的条纹
3.白光的单缝衍射：
中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央亮纹的色光是紫光，最远离中央的是红光。
一、单缝衍射
各种不同形状的障碍物都能是光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。
一、光的衍射
单缝衍射和双缝干涉的比较
名称 项目 单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生 条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多 频率、振动方向相同，相位差恒定的两列光波相遇叠加
条纹 宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
条纹 间距 各相邻条纹间距不等， 越靠外条纹间距越小 各相邻条纹等间距
亮度 中间条纹最亮，两边变暗 清晰条纹，亮度基本相等
相同点 成因 干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果
意义 干涉、衍射都是波特有的现象，表明光是一种波
一、单缝衍射
例2 如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝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．甲、乙是光的干涉图样
B．丙、丁是光的干涉图样
C．形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D．形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
A
一、单缝衍射
① 圆孔衍射图样
② 圆孔衍射图样特点
中央为圆形较亮的亮斑，
外面是明暗相间的不等距的圆环，越向外，亮环亮度越低；
红色激光的圆孔衍射图样
圆环达到的范围远远超过根据光的直线传播所应照明的面积。
只有圆孔足够小时，才能得到明显的衍射图样。
二、圆孔衍射
【思考】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现象？
1. 圆形亮斑(光的直线传播)、（如果孔是三角形，则是三角形的像）
2. 光源的像(小孔成像)、
3. 明暗相间的圆环(衍射图样)、
4. 完全黑暗
二、圆孔衍射
二、圆孔衍射
【思考】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现象？
1818 年，法国的巴黎科学院为了鼓励对衍射问题的研究，悬赏征集这方面的论文。一位年轻的物理学家菲涅耳在论文中按照波动说深入研究了光的衍射。
当时的另一位法国科学家泊松是光的波动说的反对者，他按照菲涅耳的理论计算了光在圆盘后的影的问题，发现对于一定的波长、在适当的距离上，影的中心会出现一个亮斑！泊松认为这是荒谬可笑的，并认为这样就驳倒了光的波动说。
泊松亮斑趣事
但是，就在竞赛的关键时刻，评委阿拉果在实验中观察到了这个亮斑（图 ），这样，泊松的计算反而支持了光的波动说。后人为了纪念这个有意义的事件，把这个亮斑称为泊松亮斑，也称为阿拉果亮斑。
泊松亮斑
三、圆盘衍射
用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个亮斑圆形阴影中心有一亮斑，与圆孔衍射图样有明显区别。
泊松亮斑
① 圆盘衍射图样
② 圆盘衍射图样特点
红色激光的圆孔衍射图样
三、圆盘衍射
衍射现象
针尖
狭缝
圆孔
圆屏
衍射屏(障碍物)
入射光波
衍射图样
观察屏
衍射现象
三、圆盘衍射
1.结构
有许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越亮。
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。
3．衍射光栅的种类
反射光栅和透射光栅。
透射光栅
三、衍射光栅
例1 (多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是( )
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白黑相间的直条纹
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
AC
三、衍射光栅
4.6 光的偏振 激光
4.6 光的偏振 激光
【回顾】什么是横波？什么是纵波？
1. 在纵波中，振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上.
2. 在横波中，振动方向总是垂直于波的传播方向.
传播方向相同，
振动方向也可能不同
一、偏振
1. 偏振现象：
对横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同的现象。
2. 偏振方向：横波的振动方向
纵波没有偏振现象
机械波：横波与纵波的区别
横波有偏振现象
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，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垂直的光不能通过，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。
二、光的偏振
a.通过一块偏振片P 看太阳的透射光.
（转动P，亮度有无变化？）
1. 【实验】观察阳光通过偏振片后透射光的强度变化
P
P
Q
b. 在偏振片P 的后面再放置另一个偏振片Q，转动Q 观察通过两块偏振片的透射强度有无变化？
甲
乙
检偏器
起偏器
光是一种横波
二、光的偏振
当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变．
当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱．
当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零.
二、光的偏振
自然光
自然光、偏振光
(1)太阳、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一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。这种光叫自然光。
沿着某个特定方向振动的光叫作偏振光
二、光的偏振
光的偏振现象并不罕见．除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光．自然光照在玻璃、水面、木质桌面等表面发生发射时，反射光、折射光都是偏振光。入射角变化时，偏振程度也有变化。
光振动垂直于纸面
光振动在纸面内
如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
二、光的偏振
相机的偏振滤光片能减弱玻璃表面反射光的影响（右图）
二、光的偏振
自然光和偏振光的比较
自然光 偏振光
成因 从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光 自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光
振动方向 在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动 在垂直于传播方向的平面内，并且只有一个振动方向
二、光的偏振
经偏振片后 现象比较
经偏振片后 现象比较 如上图所示，通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，转动偏振片，偏振光的亮度不变，但偏振方向随之变化 如上图所示，偏振光经偏振片后，若偏振方向与透振方向平行，屏亮；若垂直，则屏暗；若介于两者之间，则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗.
二、光的偏振
自然光和偏振光的比较
阅读教材P105、P106，学习“激光”
日光灯等一般光源，某原子什么时刻发光、在哪个方向偏振、传播方向、频率也不一定相同，不同原子发出的光没有确定的相位差。
应用1：激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息。光线通信就是激光和光导纤维结合的产物
激光：频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波
应用2：激光平行度好，传播很远的距离后仍然能保持一定的强度，测距（地月距离可达厘米级别精度），给枪械、火炮、导弹引导方向
应用3：激光能量密度高，利用激光束切割、焊接；医学上切肿瘤、美容等
应用4：利用激光研究原子分子的光谱，研究分子运动和化学反应过程，光钟
三、激光
三、偏振现象的应用——3D电影
阅读教材P106、P107，了解3D电影原理