4.5光的衍射 4.6光的偏振 激光 课件（41张PPT） 高二上学期物理 人教版（2019） 选择性必修第一册（共41张ppt)

(共41张PPT)
第5节 光的衍射
第6节 光的偏振 激光
光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？
回顾：波的衍射
明显衍射的条件：孔、狭缝、障碍物的尺寸比波长小或与波长差不多
单缝衍射
将一束单色光垂直照射到单缝上，观察单缝宽度变化时，屏幕上的条纹变化
2.明显衍射的条件
障碍物或狭缝的尺寸比波长小或者跟波长相差不多
光的衍射现象进一步证明光是一种波。
光离开直线路径绕过障碍物，到达阴影里的现象叫做光的衍射现象。
一、光的衍射
1.光的衍射：
3.物理意义
单缝衍射图样：
明暗相间的条纹；中央亮条纹最宽最亮，越往外越暗、越窄；不等距
单缝衍射图样与狭缝及波长的关系：
红光 单缝宽0.4mm
红光 单缝宽0.8mm
蓝光 单缝宽0.8mm
①波长一定时，
单缝越窄，中央条纹越宽，条纹间距越大．
衍射越明显
②单缝不变时，
波长越长，中央亮纹越宽，条纹间隔越大．
衍射越明显
单缝衍射图样与双缝干涉图样的比较
(多选)如图所示的四种明暗相间的条
纹，是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉
仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的
衍射图样。图中黑色部分代表亮条纹，下列
判断正确的是
A．图甲是红光的双缝干涉图样
B．图乙是紫光的双缝干涉图样
C．图丙是紫光的单缝衍射图样
D．图丁是红光的单缝衍射图样
√
√
例2
资料
圆孔直径变化出现的不同现象
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——圆形亮斑(光的直线传播)、
光源的像(小孔成像)、
明暗相间的圆环(衍射图样)、
完全黑暗。
小孔成像原理图
圆孔衍射
圆孔衍射图样的特点：明暗相间的环状条纹，中央为圆形亮斑。
1．单色光：(1)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。(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。(3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越长，中央圆形亮斑的直径越大。
2．白光：中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。
泊松亮斑
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．历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．
泊松亮斑
圆盘衍射图样的特点：
1．中央是亮斑。
2．形成泊松亮斑时，圆盘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。
3．周围的亮环或暗环的间距随半径增大而减小。
(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，不存在光的衍射现象
例1
√
√
红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，A正确，B错误；光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮斑，是衍射现象，C正确；光照到大圆孔上出现大光斑，大光斑的边缘模糊，是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，D错误。
某研究性学习小组用激光束照射圆孔和
不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的衍
射图样。据此可以判断出
A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光
线射到圆板后的衍射图样
B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样
C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大
D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大
√
例3
圆孔衍射图样是中央为大亮斑，而在圆板衍射图样中，中央为大阴影，只是在大阴影背景下中心处有一个小亮斑，为泊松亮斑。所以，题图甲为圆孔衍射图样，题图乙为圆板衍射图样。故选A。
衍射光栅
由于单缝衍射的条纹比较宽，且距离中央亮条纹较远的条纹，亮度也很低等原因，实际当中达不到实用要求。
实验表明，增加狭缝的数量，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加——衍射光栅就是据此制成的。
二、光的偏振
光的干涉和衍射说明光是“波”，但是波分横波和纵波。
那么，光是横波还是纵波呢？
横波
纵波
1.狭缝对纵波的影响
如图所示，如果在波的传播方向上放一带狭缝的木板，不管狭缝方向如何，在一条弹簧上传播的纵波都能自由通过狭缝。
纵波可以穿过不同方向的狭缝
纵波在竖直狭缝中的传播情况
纵波在水平狭缝中的传播情况
2.狭缝对横波的影响
对横波，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能毫无阻碍地通过狭缝；当狭缝的方向与质点的振动方向垂直时，横波就不能通过狭缝，这种现象叫做偏振。
狭缝与振动方向平行
狭缝与振动方向垂直
3.偏振现象
不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同。横波的振动方向称为偏振方向。
4.横波独有的特征
偏振现象是横波所特有的，故利用偏振现象可判断一列波是横波还是纵波。
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，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。
偏振片
自然光：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。
偏振光：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。
自然光表示法
x
y
z
x
y
沿 z 轴传播的自然光
y
x
z
沿 z 轴传播的偏振光
(多选)(2023·广东韶关实验中学高二月考)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相同
B．偏振光是在垂直于传播方向的平面上、只沿着某一特定方向振动的光
C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
例4
√
√
光的偏振现象
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。
反射引起自然光的偏振
用如图所示装置研究偏振现象，P1、P2是两块完全相同的圆形偏振片，A、B为观测点，A、B和两块偏振片的中心共线，且偏振片与AB
连线垂直，两偏振片可绕AB连线转动，下列说法正确的是
A．固定P1，转动P2，则A、B处光强均发生变化
B．固定P2，转动P1，则A、B处光强均不发生变化
C．同时转动P1和P2，A处光强不变，B处光强可能变化
D．同时转动P1和P2，A、B处光强均发生变化
√
例5
偏光镜
偏振现象的应用
未使用偏振镜前
使用偏振镜后
偏振现象的应用
偏振现象的应用
偏振现象的应用
汽车夜间行驶与对面的车辆相遇时，如遇远光灯引发炫目，极易引起车祸。驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振方向都沿同一方向并与水平面成45度角，可避免交通事故，保证行车安全。
偏振片在汽车挡风玻璃上的应用
夜间行车
偏振现象的应用
L
R
拍摄立体电影时两个镜头从不同方向同步拍摄，放映时通过两个投影机同步放映两组胶片，使略有差别的图像在荧幕重叠。
偏振现象的应用
偏振现象的应用
3D电影
1. 激光的特点
(1)相干性好：激光的频率单一，相干性非常好，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，所以亮度高。
2．激光的应用
(1)激光雷达－－利用激光的平行度好。
(2)读盘－－利用激光的平行度好。
(3)医用激光刀－－利用激光的亮度高。
(4)切割金属等难熔物质－－利用激光的亮度高。
(5)激光育种－－利用激光的亮度高。
(6)引起核聚变－－利用激光的亮度高。
(7)作为干涉、衍射的光源－－利用激光的相干性好。
(多选)关于激光的应用，下列说法中正确的是
A．光纤通信是应用激光相干性好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递
B．计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的
C．医学中用激光做“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
例6
√
光纤通信主要利用激光的相干性好的特点，故A正确；计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点，故B正确；医疗中用激光做“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点，故C正确；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，故D错误。
√
√