5.2、5.3 光的衍射 光的偏振 课件

课件32张PPT。第2节　光的衍射
第3节　光的偏振1．观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点．
2．知道产生明显衍射现象的条件．
3．观察光的偏振现象，知道光是横波．
4．知道自然光和偏振光的区别，知道偏振现象的一些应用. 一、光的衍射
?定义：光离开直线路径绕到孔或障碍物的 里去的现象，叫光的衍射．
?发生明显衍射的条件：当障碍物或小孔的尺寸比波长 或 时，会发生明显的衍射现象．
提醒 (1)一切光波均会发生衍射现象．
(2)光的直线传播是光衍射不明显时的近似规律．阴影小相差不大几种常见的衍射现象
(1)单缝衍射
①用单色光照的现象：中间条纹又宽又亮的明暗相间的条纹．
②用白光照的现象：中间白色亮条纹(又宽又亮)，两边彩色的条纹．
(2)小孔衍射：明暗相间的圆形条纹，中央为圆形亮斑．
(3)圆板衍射：圆形阴影中心有一 ，称为 ．亮斑泊松亮斑二、衍射光栅
?构成：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
?特点：它产生的条纹比单缝衍射条纹宽度 ，亮度 ，所以 ．
?种类： 和 ．窄高分辨程度高，便于测量透射光栅反射光栅三、光的偏振
?横波和纵波的特点
(1)横波：各点的振动方向总是与波的传播方向 ．
(2)纵波：各点的振动方向总是与波的传播方向 上．
?自然光和偏振光
(1)自然光：太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含着在垂直 上沿 方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波 相同．垂直在同一条直线传播方向各个强度
(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个 的方向振动的光．
?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通过偏振片，这个方向叫做透振方向．
提醒 偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是刻上的真实狭缝．特定
?光的偏振：(1)只有沿偏振片的 方向振动的光波才能通过 ．
(2)光的偏振现象说明光是 ．
?偏振现象应用：照相机镜头前、电子表的液晶显示等.
透振偏振片横波一、三种衍射现象和图样特征
?单缝衍射图样的特点
(1)中央条纹亮而宽．
(2)两侧亮纹具有对称性，亮纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱．
(3)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大．
(4)白色的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮纹的内侧为紫色．?圆孔衍射
(1)圆孔衍射
如图5－2、3－1所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图5－2、3－2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5－2、3－2乙所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．图5－2、3－1(2)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．
图5－2、3－2
②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．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．
(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．
(3)圆板衍射图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小．二、单缝衍射与双缝干涉的比较
特别提醒 (1)单缝衍射可以理解为若干个干涉，从而理解条纹相间排列．(2)光波的波长增大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大．(3)复色光的衍射或干涉图样，可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加．三、自然光和偏振光的比较
　自然光和偏振光的比较见表：
特别提醒 (1)偏振现象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光，生活中除光源直接发出的光外，我们看到的绝大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的反射和折射光线，尤其是二者互相垂直时，都是典型的偏振光，并且是完全偏振光，振动方向相互垂直．
(2)只有横波能发生偏振现象，光是横波． 【典例1】 对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是 (　　)．
A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比相差不大甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍射现象
B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论
D．光的衍射现象说明了光具有波动性
解析　光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线传播，而要出现小孔成像，孔不能太小，光的直线传播规律只是近似的，只有在光的波长比障碍物小很多的情况下，光才可以看成是沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象，故上述选项中正确的是A、B、D.
答案　ABD【变式1】 在一次观察光衍射的实验中，观察到如图5－2、3－3所示的清晰的明暗相间图样(黑线为暗纹)，那么障碍物应是 (　　)．图5－2、3－3A．很小的不透明的圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
解析　由图可知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，且越向外，圆形条纹宽度越小，可判断此图样为圆孔衍射图样，故选项D正确；有的同学误选A，要注意很小的不透明的圆板产生的图样中心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在影区的边沿有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射的图样是不同的．
答案　D【典例2】 以下关于衍射现象的描述，正确的是(　　)．
A．当障碍物或小孔的大小和光波波长可比拟时，光将明显偏离直线传播，发生明显衍射
B．白光照在肥皂泡上出现的彩色花纹是衍射现象
C．蚌壳内表面在白光照射下呈现彩色花纹是衍射现象
D．手术室里使用的无影灯就是利用光的衍射
解析　A是发生明显衍射现象的条件，B、C均为薄膜干涉，D是利用了光的直线传播，A正确．
答案　A【变式2】 单色光源发出的光经一狭缝，照射到光屏上，可观察到的图象是下图中 (　　)．
解析　光的双缝干涉条纹是等间距等宽度的明暗相间的条纹，而在光的单缝衍射图样中，中间是宽度最大最亮的亮条纹，在中央亮条纹两边的亮条纹宽度越来越小，亮度也越来越低，故选项A正确．
答案　A
【典例3】 在垂直于太阳光的传播方向上，前后放置两个偏振片P和Q.在Q的后边放上光屏，以下说法正确的是
(　　)．
A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变
B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱
C．P不动，旋转偏振片Q，屏上的光的亮度不变
D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱解析　P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱的．
答案　BD
借题发挥　自然光通过偏振片后，变为偏振光，前面的偏振片称为起偏器，后面的偏振片称为检偏器，偏振光的振动方向与偏振片的透振方向是否一致影响着透射光的强度，当两者平行时，透射光光强最大，当两者垂直时，透射光的光强最小．【变式3】 两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以至没有光通过．如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象 (　　)．
A．透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零
B．透过偏振片的光强先增强，然后减少到非零的最小值
C．透过偏振片的光强在整个过程中都增强
D．透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
解析　起偏器和检偏器的透振方向垂直时，没有光通过；透振方向平行时，光强度达到最大．当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的透振方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，又减小到零，所以正确选项为A.
答案　A 衍射及图样分析
1．关于衍射，下列说法中正确的是(　　)．
A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象
C．一切波都很容易发生明显的衍射现象
D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
解析　干涉和衍射都是波叠加的结果，干涉中有衍射现象，衍射中也有干涉现象．当障碍物的尺寸远大于波长时，衍射现象不明显，因而形成影．但影的形成与衍射现象并不矛盾．
答案　AB光的干涉与光的衍射的联系与区别
2. 如图5－2、3－4所示，甲、乙为单色光通过窄缝后形成的明、暗相间的两种条纹图样．下列判断正确的是(图中黑色表示亮条纹) (　　)．
A．甲为单缝衍射的图样
B．乙为双缝干涉的图样
C．甲为双缝干涉的图样
D．乙为单缝衍射的图样
解析　双缝干涉图样的条纹间隔是均匀的，单缝衍射的条纹是中间宽、两侧逐渐变窄，由此可见选项A、B正确．
答案　AB图5－2、3－4光的偏振现象的认识
3.如图5－2、3－5所示，P是偏振片(用实线表示透振方向)为竖直方向，下列四种光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光 (　　)．
A．太阳光
B．沿竖直方向振动的光
C．沿水平方向振动的光
D．沿与竖直方向成45°角振动的光图5－2、3－5
解析　根据光的偏振现象，只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片，故A、B、D正确．
答案　ABD