高中物理教科版选修3-4课件：第五章　3.光的衍射与偏振--4.激光 :20张PPT

课件20张PPT。3.光的衍射与偏振　4.激光1.通过实验观察光的衍射现象,知道产生明显衍射现象的条件,知道几种不同衍射现象的图样,能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析.
2.观察振动中的偏振现象,知道只有横波才有偏振现象.了解偏振光与自然光的区别,能用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象.
3.了解激光的特性及应用.1.光的衍射
(1)概念: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而绕到障碍物或小孔后面而继续传播的现象.
(2)衍射图像:单色光的单缝衍射图像的特点是中央有一条较宽较亮的条纹,两边是对称而明暗相间的条纹,亮条纹的强度向两边减弱很快.白光的单缝衍射图像的特点是中央是一条白条纹,两边是很快减弱的彩色条纹.
(3)发生明显衍射现象的条件:当障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相差不大,或者比波长小时,会发生明显的衍射现象.2.光的偏振
(1)狭缝对横波、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,纵波都能自由通过狭缝;对横波,只有狭缝的方向与形成横波的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,这种现象叫做偏振现象.(2)线偏振光与自然光.
①线偏振光:如果光振动的方向限在一个平面,这种光叫线偏振光.
②自然光:通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向不同而互不相干的线偏振光组成的,称为自然光.
(3)意义:光的偏振现象进一步证实光是横波.声波能发生偏振现象吗?
提示:声波是纵波,声波不能发生偏振现象.3.激光
(1)激光的特点:激光是一种人工产生的相干光,与普通光相比,有一系列的特殊的性质:强度大、方向性好、单色性好、相干性好,覆盖波段宽而且可调谐.
(2)激光的应用:激光加工、激光全息照相、激光检测、激光医疗、激光照排、光盘等.探究一探究二对衍射图样的理解
(1)单缝衍射图样:
①中央条纹最亮、两边是对称而明暗相间的条纹,亮条纹越向两边越暗,条纹间距不等.越靠外,条纹间距越大.
②缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮纹的亮度降低.
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.入射光波长越大,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.探究一探究二(2)圆孔衍射图样:
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,波长越大,中央圆形亮斑的直径越大.
④白光的圆孔衍射图样中,中央是大且亮的白色光斑,周围是彩色同心圆环.探究一探究二(3)不透明的小圆板衍射图样与圆孔衍射图样比较:
①均是明暗相间的圆形条纹,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,圆板衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小.
④圆孔衍射图样的外侧是黑暗的,而小圆板衍射图样的外侧是明亮的.
温馨提醒衍射是一种普遍现象.只是障碍物的尺寸比光的波长大得多时,衍射现象不明显,障碍物的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象十分明显.所以前面所说的衍射的产生条件应是产生明显衍射现象的条件.探究一探究二偏振光的应用
(1)摄影技术中的应用:光的偏振现象有很多应用,如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时,由于水面或玻璃表面的反射光的干扰,常使景象不清晰,如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片,让它的透光方向与反射光的偏振方向垂直,就可使反射来的偏振光不能进入照相机内,从而可拍出清晰的照片.故人们把偏振滤光片叫做摄像机的“门卫”.探究一探究二(2)偏振片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座位前面的挡风玻璃上安装一片偏振片,并使它们的透光方向跟水平方向成45°角,就可以解决这一问题.这时,从对面车灯射来的偏振光,由于振动方向跟司机座前挡风玻璃偏振片的透光方向垂直,所以不会射进司机眼里.而从自己的车灯射出去的偏振光,由于振动方向跟自己的挡风玻璃上的偏振片的透光方向相同,所以司机仍能看清自己的车灯照亮的路面和物体.
另外,立体电影和偏振太阳镜也是利用光的偏振原理.【例题1】 在单缝衍射实验中,下列说法正确的是(　　)
A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄
B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄
C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽
D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽
点拨:障碍物的尺寸可以跟光的波长相比或比光的波长还要小时能产生明显的衍射.对同样的障碍物,波长越长的光,衍射现象越明显;对某种波长的光,障碍物越小,衍射现象越明显.
解析:当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越大;光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽.故选项B错误,选项A、C、D正确.
答案:ACD反思光遇小孔、单缝或障碍物时,衍射现象只有明显与不明显之分,无发生与不发生之别.【例题2】 在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q,在Q的后边放上光屏,如图所示,则下列说法正确的是(　　)
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点拨:该题可按如下思路分析:太阳光是自然光→振动方向与偏振片的透振方向相同的光透过→两平行偏振片的透振方向平行时透光最多,垂直时不透光.
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.
答案:BD
反思解答类似问题时,要弄清偏振片的光学作用,它只允许与其透振方向一致的光振动通过,知道这一点后,有没有光通过就易于分析了.1 2 3 4 51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红暗相间的直条纹
C.光照到不透明小圆盘上,其影中心出现泊松亮斑,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
解析:该题考查衍射图样和对衍射现象的理解.单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹,白光的衍射图样是彩色条纹.光照到不透明圆盘上,在其影处出现亮斑,是衍射现象.光的衍射现象只有明显与不明显之分,D项中屏上大光斑的边缘模糊,正是光的衍射造成的,不能认为不存在衍射现象.
答案:AC1 2 3 4 52用某单色光做光的双缝干涉实验,能在光屏上观察到干涉条纹.若把其中一条缝遮住,则在光屏上(　　)
A.没有任何条纹
B.只有一条亮条纹
C.有等间距的明暗相间的条纹
D.有不等间距的明暗相间的条纹
解析: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.若将其中一个缝遮住,属于单缝衍射.单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,故D正确,A、B、C错误.
答案:D1 2 3 4 53如图所示,让自然光照到P、Q两偏振片上,当P、Q两偏振片的透射光偏振方向间的夹角为以下哪些度数时,透射光的强度最弱(　　)
A.0°　　　　B.30°　　　　C.60°　　　　D.90°
解析:两偏振片透振方向相同时透过的偏振光最强,两偏振片透振方向相互垂直时几乎没有偏振光透过.
答案:D1 2 3 4 54某同学以线状白炽灯为光源,利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后,总结出以下几点,你认为正确的是(　　)
A.若狭缝与灯泡平行,衍射条纹与狭缝平行
B.若狭缝与灯泡垂直,衍射条纹与狭缝垂直
C.衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关
D.衍射条纹的间距与光的波长有关距与狭缝的宽度及光的波长都有关.
答案:ACD1 2 3 4 55如图所示,甲、乙两幅图是由同一种单色光分别入射到圆孔而形成的图像,其中图甲是光的　　　(选填“干涉”或“衍射”)图像.由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径　　　(选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径.?
答案:衍射　小于