4.6 光的衍射和偏振 课件(共41张PPT)

(共41张PPT)
第四章 光及其应用
粤教版 选择性必修一
光的衍射和偏振
第六节
知识回顾
问题2：发生明显衍射现象的条件是什么？
障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长差不多就能发生明显的衍射现象。
水波的衍射
问题1：什么是波的衍射现象？
波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传播的现象叫波的衍射。
新课导入
为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？
光也是一种波，是否会产生衍射现象呢？
一、光的衍射
一、光的衍射
1、定义：光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的路径绕到障碍物后面继续传播的现象叫做光的衍射。
发生明显衍射现象的条件是什么？
一、光的衍射
1、定义：光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的路径绕到障碍物后面继续传播的现象叫做光的衍射。
2、发生明显衍射现象的条件：
障碍物或孔的尺寸小于光的波长或者和光的波长差不多。
3、可见光的波长范围：
10－6m～10－7m，由发生明显衍射现象的条件可知，很难观察到光的衍射现象。
为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？
一、光的衍射
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
一、光的衍射
2.单色光单缝衍射图样的特点：
①条纹不等间距；
②中央条纹亮而宽；
③两侧条纹较暗较窄，对称分布。
④波长一定时，单缝越窄，现象越明显，中央亮纹越宽越暗
不同缝宽的单缝衍射
单缝衍射
一、光的衍射
观察下列衍射图样，分析衍射规律：
不同色光的单缝衍射
3.不同波长光的衍射图样：
① 单缝不变，波长越大，衍射越明显，中央亮纹越宽。
②白光的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
单缝衍射
一、光的衍射
光的干涉和衍射图样比较
双缝干涉与单缝衍射图样有啥相似点和不同点？
干涉：等距的明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱较慢
衍射：中央有一条较宽亮条纹，两边是对称明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱得很快。
单缝/双缝间距越小，条纹间距越大
（单色光）波长越大，条纹间距越大
单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹
双缝干涉与单缝衍射的比较
双缝干涉 单缝衍射
不 同 点 产生条件
条纹宽度
亮度
条纹间距
频率相同的两列相干波相遇叠加
任何光都能发生衍射
各相邻条纹间距相等
中央条纹最亮，越向两侧条纹越暗
各条纹亮度基本相同
各相邻条纹间距不等
条纹宽度相等
条纹宽度不等，中央条纹最宽
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
1、如图所示，四个图是不同的单色光采用相同装置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. 是光的干涉图样
B. 是光的干涉图样
C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短
D.形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短
A
课堂练习
课堂练习
2、如图所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、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(黑色部分表示亮条纹).则在下面的四幅图中从左到右排列，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
B
一、光的衍射
圆孔衍射
圆孔衍射
一、光的衍射
A
S
1、孔较大时——屏上出现清晰的光斑
几乎沿直线传播
圆孔衍射
一、光的衍射
2、 孔较小时——屏上出现衍射花样（亮暗相间的不等间距的圆环，这些圆环的范围远远超过了光沿直线传播所能照明的范围）
以中央最亮的光斑为圆心的逐渐变暗的不等距的同心圆
圆孔衍射
一、光的衍射
3.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的亮度大，外面是明暗相间的不 等距的圆环．越向外，亮环亮度越低．
b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．
圆孔衍射现象
圆孔衍射
一、光的衍射
圆盘衍射
不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．
实验：在光束中放一个不透明圆盘
现象：在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。
中心有小亮斑
一、光的衍射
圆盘衍射
圆盘衍射
圆孔衍射
圆盘衍射
圆盘和小圆孔的衍射图样有何不同？
（1）均是明暗相间的环形条纹，中心均有亮斑。
（2）圆孔衍射图样中心亮斑较大，而泊松亮斑较小。
（3）圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大，
圆盘衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小。
（4）圆孔衍射图样的背景是黑暗的，而圆盘衍射图样中
的背景是明亮的。
一、光的衍射
不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．
圆屏衍射
圆孔衍射
钢针的衍射
1、在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，分别得到如下四幅图样，以下说法正确的是（　　）
A．甲是双缝干涉图样、丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样
B．乙是单缝衍射图样、丙是小圆板“泊松亮斑”衍射图样
C．甲是双缝干涉图样、丁是小圆孔衍射图样
D．乙是双缝干涉图样、丙是小圆孔衍射图样
A
课堂练习
2、在双缝干涉实验中，如果将其中一条缝遮住，那么在屏上看到的情况是（　　）
A．只剩下一条亮纹
B．仍有原来的干涉条纹，但亮度变暗
C．有明暗相间的条纹，但中央亮纹亮且宽，其余亮纹亮度迅速减弱
D．有明暗相间的条纹，但宽度相同，条纹变窄
C
课堂练习
3、下面四种现象中，哪些是光的衍射现象造成的（ ）
A．通过游标卡尺观测两卡脚间狭缝中发光的日光灯管，会看到平行的彩色条纹；
B．不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑；
C．太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子；
D．用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环．
ABD
课堂练习
新课导入
在观看3D电影时，观众要戴上特制的眼镜，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？
3D 眼镜
光的干涉和衍射说明光具有波动性，那光波是横波还是纵波？
什么是横波？什么是纵波？
在横波中，质点振动方向总是垂直于波的传播方向.
不同的横波振动方向可能不同
在纵波中，质点振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上.
知识回顾
二、偏振
绳波的振动方向与狭缝的方向平行时，传播情况正常；振动方向与狭缝方向垂直时，绳波经过狭缝后消失。这种现象叫做偏振现象
1.偏振现象：在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的波叫波的偏振现象。
2.偏振方向：横波的振动方向称为偏振方向。
狭缝的方向影响横波的传播
二、偏振
3、纵波不发生偏振现象
一列纵波，以这列纵波的传播方向为轴，无论我们怎么旋转第二块木板，纵波都能通过。
也就是说纵波不发生偏振现象！
二、偏振
横波能够发生偏振现象而纵波不能发生偏振现象
4.偏振现象是横波独有的特征
故利用偏振现象可判断一列波是横波还是纵波。
如何验证光波是横波？
三、光的偏振
一种由高分子薄膜制成的光学器件，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，这个方向叫做“透振方向”。
1．偏振片：
太阳、电灯、普通光源发出的光包含了垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫自然光。
偏振片
实物
示意图
箭头表示透振方向
三、光的偏振
2．偏振光：
Q
P
自然光
偏振光
光在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光。
自然光不是偏振光！
若光的振动方向与偏振片Q的透振方向平行，屏是亮的
三、光的偏振
2．偏振光：
Q
P
自然光
偏振光
光在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光。
自然光不是偏振光！
起偏器
检偏器
若光的振动方向与偏振片Q的透振方向垂直，屏是暗的
三、光的偏振
P
明
甲
P Q
（弱）
乙
明
暗
丙
P Q
1、如图所示，让太阳光（自然光）通过M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上的亮度变化情况，下列判断中正确的是（　　）
A．只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光
B．光屏上亮度基本不变
C．光屏上亮、暗交替变化出现
D．光屏上只有一条亮线随偏振片的转动而转动
B
课堂练习
2、如图所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，则关于光屏上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是(　　)
A．光屏上光的亮度保持不变
B．光屏上光的亮度会时亮时暗
C．光屏上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线
D．光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动
B
课堂练习
三、光的偏振
3.常见的偏振光
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，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（如图所示），入射角变化时偏振的程度也有变化。
光振动垂直于纸面
光振动在纸面内
三、光的偏振
4. 偏振现象的应用
摄影技术中的应用
由于水或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰。
相机的偏振滤光片能减弱玻璃表面反射光的影响
三、光的偏振
4. 偏振现象的应用
在汽车挡风玻璃上的应用
在夜间行车时，迎面开来的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故。如果在每辆车灯玻璃上和司机坐席前面的挡风玻璃上安装一块偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问题。
三、光的偏振
4. 偏振现象的应用
偏光太阳镜
在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。
三、光的偏振
4. 偏振现象的应用
3D立体电影也是利用了光的偏振原理。
3D 眼镜
（粤教版课本119页的资料活页）