(共33张PPT)
第五章 光的波动性
第五章 光的波动性
较宽(大)
亮线
减小
直线传播
明暗相间
阴影
亮区
明暗条纹
波动性
横波
透振方向
振动方向
振动方向
线偏振
方向性好
相干性好
高考资源网WWWkS!5u.comc高考资源同网你身边的高专象
考资源网第一时间更新名校试题,30个省市区资源一网打尽!课件、教案、学案、素材、论文种类齐全
预习导学新知探究
梳理知识·夯实基础
多维课堂,师生动
突破疑难·讲练提升第3节 光的衍射与偏振 第4节 激光
[随堂检测]
1.(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是( )
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，说明光沿直线传播，不存在光的衍射
解析：选AC．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，在其阴影处出现亮点，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会变得模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象.
2.让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像，这是利用激光的( )
A．方向性好，可以会聚到很小的一点上
B．相干性好，可以很容易形成干涉图样
C．强度大，可以在很短时间内集中很大的能量
D．波长短，很容易发生明显的衍射现象
解析：选A．激光的特点之一是方向性好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误.
3.光的偏振现象说明光是横波.下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )
A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
解析：选D． 通过手指的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹，是光的衍射现象，D不正确.
4.(多选)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，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：选BD．P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转化为偏振光，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，光通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，光通过Q的光强最小，即无论旋转Q或P，屏上的光强都是时强时弱的，所以选项B、D正确.
5.如图所示的甲、乙两图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图样，其中图甲是光的__________(填“干涉”或“衍射”)图样，由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径________(填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径.
解析：光照到一个圆孔上光斑周围产生明暗相间的圆环，这是单孔衍射现象，而当孔的尺寸远大于光的波长时，光则沿直线传播，穿过圆孔后形成边缘清晰的亮斑.
答案：衍射 小于
[课时作业]
一、单项选择题
1.纵波不可能产生的现象是( )
A．偏振现象 B．反射现象
C．折射现象 D．衍射现象
解析：选A．反射、折射和衍射都是波的特征，所以横波、纵波都能产生这些现象，但只有横波能产生偏振现象，纵波不能，所以A正确.
2.如图所示的四个图形中，哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样( )
解析：选B．泊松亮斑为不透光的圆盘阴影，中心有一亮斑，而周围还有明暗相间的圆环，故B正确.图A小孔较大，没发生明显的衍射，显示的是光的直线传播.图D小孔较小，发生了小孔衍射，图C为干涉条纹.
3.对于光的衍射现象的定性分析，下列说法不正确的是( )
A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比拟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的直线传播的结论
D．光的衍射现象说明了光具有波动性
解析：选C．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的情况下，光才可以看做是直进的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是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．
4.让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现( )
A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失
B．由大变小的三角形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失
C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失
D．由大变小的三角形光斑，小圆形的光斑，明暗相间彩色条纹，直至条纹消失
解析：选D．当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏首先出现的是三角形光斑，之后随着小孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着小孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现了明暗相间的衍射条纹，最后随小孔的闭合而全部消失，所以只有D是正确的.
5.下列说法不正确的是( )
A．拍摄蓝天白云相片时，可以加用偏振镜片，突出蓝天中的白云
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光
C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景物更清晰
D．拍摄玻璃橱窗里的陈列物时，照相机镜头前的偏振片的透振方向应与反射光的振动方向平行
解析：选D．由于蓝天中存在大量的偏振光，所以用偏振镜能够调节天空的亮度，加用偏振镜以后，蓝天会变暗，从而突出了蓝天中的白云，所以A正确；自然光射到界面上时，反射光线与折射光线都是偏振光，当反射光和折射光的夹角为90°时，偏振程度最大，且两束光的振动方向垂直，所以B正确；拍摄水面下或玻璃橱窗内的景物时，应使偏振片的透振方向与反射光的振动方向垂直，这样反射光不能进入镜头，所以C正确，D错误.
二、多项选择题
6.如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则( )
A．图中a光为偏振光
B．图中b光为偏振光
C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
解析：选BD．自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，B偏振片中能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，将B转过180°后，P处仍无光亮，即C错；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，D对.
7.抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则以下说法中正确的是( )
A．这是利用光的干涉现象
B．这是利用光的衍射现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝粗了
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝细了
解析：选BD．细丝相当于障碍物，线度与激光的波长相当，使激光发生衍射而产生条纹，细丝越细，衍射越明显，条纹越宽.
8.关于立体电影，以下说法正确的是( )
A．观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛
B．这副眼镜其实就是一对透振方向互相垂直的偏振片
C．戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则看到银幕上只是一片光亮，无图像
D．产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时，形成在视网膜上的像并不完全相同
解析：选BD．观看立体电影时戴上一副特制的眼镜，眼镜的两个镜片是一对透振方向互相垂直的偏振片，这样人在观看电影时，从不同的镜片获得不同的图像信息，同时传入大脑，形成立体图像，故选B、D，不选A．只用一只眼睛看时，也会获得图像信息，但就不是立体的了，故不选C．
9.一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物(糖)含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量，偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关.将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品中的含糖量.如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是( )
A．到达O处光的强度会明显减弱
B．到达O处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于α
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
解析：选ACD．自然光通过偏振片后得到垂直于光的传播方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏转方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度α，到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；若将A或B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于α，故C、D都正确.
三、非选择题
10.当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，这是光的______________(填“干涉”“衍射”或“直线传播”)现象，这一实验支持了光的____________(填“波动说”“微粒说”或“光子说”).
解析：激光束照射圆盘，中心形成的亮斑，说明激光绕过了圆盘，所以现象应是衍射，证实了激光具有波动性.
答案：衍射 波动说
11.如图所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时反拍下的四张照片.
(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系.
(2)试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因.
解析：(1)由题图知，从图甲到图丁衍射越来越明显，说明两测量脚间的狭缝越来越小.
(2)图丁中中央条纹的颜色为白色.因为各种色光在屏中央均为亮条纹，七色光叠加后，中央条纹即为白色.
答案：见解析
12.如图所示为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是：固定一束激光AO以不变的入射角i照到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照到光电管C上，光电管将光信号转变成电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化.设i＝45°，玻璃对该光的折射率为，C上的光斑向左移动了Δs，则可确定玻璃的厚度比原来变________(选填“厚”或“薄”)了________.
解析：光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移，光斑向左移，可见玻璃变厚.由＝n，得r＝30°，设变厚为d.则dtan 45°－dtan 30°＝Δs，所以d＝Δs.
答案：厚 Δs
PAGE
- 6 -(共30张PPT)
高考资源网WWWkS!5u.comc高考资源同网你身边的高专象
考资源网第一时间更新名校试题,30个省市区资源一网打尽!课件、教案、学案、素材、论文种类齐全第3节 光的衍射与偏振 第4节 激光
1.认识光的衍射现象和偏振现象，知道光波是一种横波. 2.知道光产生明显衍射的条件及衍射图样与波长、缝宽的定性关系.(重点＋难点) 3.了解激光的特性及其应用.
一、光的衍射
1.单缝衍射现象
(1)当单缝(或圆孔)较宽(大)时，光沿着直线方向通过单缝(或圆孔)，在光屏上可以看到一条跟单缝(或圆孔)宽度(大小)相当的亮线(或亮斑).
(2)把单缝(或圆孔)调窄(小)些，可以看到屏上亮线(或亮斑)也随之减小.
(3)当单缝(或圆孔)调到很窄(小)时，光通过单缝(或圆孔)后就明显地偏离了直线传播方向，到达屏上以后，不再是一条很窄的亮线(或一个很小的亮斑)，而是照到了相当宽(大)的地方，并且出现了明暗相间的条纹；再调小单缝(或圆孔)，条纹也随之变得清晰、细小.
2.光的衍射
按照直线传播的要求应该属于阴影的区域也会出现亮条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象.
3.衍射图像：衍射时产生的明暗条纹或光环.
二、光的偏振
1.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光的偏振现象说明光是横波.
2.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.
3.线偏振光：光的振动方向限在一个平面内的光.
4.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.
三、激光的特性及其应用
1.激光的特性体现在以下几个方面：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.激光的应用体现在以下几方面：激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排、光盘.
将两支笔捏紧，平行对着日光灯看到什么现象？
提示： 看到彩色条纹.
对衍射现象及图像特征的认识
1.衍射现象
当单色光通过很窄的缝或者很小的孔时，光离开了直线路径，绕到障碍物的阴影里，光所达到的范围会远远超过它沿直线传播所对应照明的区域，形成明暗相间的条纹或光环，这就是光的衍射现象.
2.产生明显衍射的条件
障碍物的尺寸跟波长相近或比光的波长还小时，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.
3.常见三种衍射图像的比较
(1)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，单缝较窄的中央条纹较宽，各条纹间距较宽；单缝宽度不变时，光波波长较长的中央条纹较宽，各条纹间距较宽.
④白光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，靠近白色亮纹的条纹内侧为紫色.
(2)圆孔衍射图样的特点
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.如图所示.
②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.
③同一种单色光，圆孔越小，中央亮斑半径越大，同时亮度越弱.
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.
(3)障碍物的衍射特点
各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清.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.形成泊松亮斑时，圆形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，亮环或暗环间距随半径的增大而减小.
4.单缝衍射与双缝干涉的比较
单缝衍射 双缝干涉
产生条件 狭缝非常小 频率相同，相位差恒定
条纹宽度 条纹宽度不等，中间最宽 条纹宽度相等
条纹间距 条纹间距不等 条纹间距相等
亮度 中央条纹最亮，两边最暗 清晰条纹，亮度基本相等
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
单缝越小，通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以条纹的亮度降低；圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度减弱.
在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下图中四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
A．a、c B．b、c
C．a、d D．b、d
[解析] a图中是等间距的光的干涉图样，b图是单色光的单缝衍射图样，c图是水波的衍射图样，d图是白光的单缝衍射图样，可见D正确.
[答案] D
【通关练习】
1.关于光的衍射现象，下列说法正确的有( )
A．只有当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时，才会产生光的衍射现象
B．当光的波长大于障碍物尺寸时，完全不产生衍射现象
C．发生小孔衍射时，若减小小孔直径，条纹变亮
D．发生小孔衍射时，若略微增大小孔直径，条纹变亮
解析：选D．对A、B选项，没有很好地理解衍射的条件.光离开直线传播的路线进入障碍物的几何阴影里去的现象叫做光的衍射.任何障碍物都可以使光产生衍射，但当障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或小于光的波长时，将产生明显的衍射现象.现象明显了，才容易被观察到，所以衍射并不要求波长与障碍物或孔的尺寸一定相等.对选项C，没有正确理解产生明显衍射现象与衍射条纹亮度的关系，认为衍射越明显就是衍射条纹越亮，犯了想当然的错误.当发生小孔衍射时，孔径越小，衍射越明显(屏上衍射图样分布的范围越大).但由于通过孔的光的能量少.故而图样将变暗.
2.某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射.
(1)若某次观察光的衍射时游标卡尺的示数如图所示，则卡尺两测脚间的狭缝宽度为________.
(2)在利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射总结出的以下几点中，正确的是________.
A．若狭缝与灯丝平行，则衍射条纹与狭缝平行
B．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，衍射条纹越窄
C．衍射条纹的间距与光的波长有关，光的波长越长，衍射条纹越宽
D．衍射条纹的间距与光的频率有关，光的频率越大，衍射条纹越宽
解析：(1)卡尺游标尺为20分度，其精度为 mm＝0.05 mm.
读数＝固定刻度＋可动刻度＝0＋5×0.05 mm＝0.25 mm.
(2)观察光的衍射现象时，狭缝必须与灯丝平行，而衍射条纹与狭缝平行，A正确；衍射现象明显与否与缝宽和光波长有关.狭缝越窄，光波长越长，现象越明显，故B错误，C正确；由c＝λν知，频率越高则光波长越短，衍射现象越不明显，故D错误.
答案：(1)0.25 mm (2)AC
对偏振光的理解
1.自然光与偏振光的比较
自然光 偏振光
不同点 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过起偏器后的光或由某种介质反射或折射的光
光的振动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光波的强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向(与起偏器透振方向一致)
相同点 不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直
2.获得偏振光的方法
(1)让自然光通过一块偏振片(起偏器).
(2)自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直.
3.光的偏振的应用
(1)在摄影镜头前加上偏振镜消除反光.
(2)汽车前灯和前窗玻璃用偏振玻璃防止强光.
(3)利用偏振光的旋光特性测量相关物理量.
(4)利用光的偏振制成液晶显示器.
(5)使用偏振片观看立体电影.
(1)光的偏振现象表明光是一种横波.
(2)平时我们所看到的光，除直接从光源射来的以外，绝大部分是偏振光.
如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧.旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是( )
A．A、B均不变
B．A、B均有变化
C．A不变，B有变化
D．A有变化，B不变
[解析] 白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯经偏振片P后为偏振光，当Q旋转时，只有与P的偏振方向一致时才有光透过Q，因此B点的光强有变化，选项C正确.
[答案] C
(多选)如图所示，一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透射方向)( )
解析：选ABD．自然光通过起偏器后变为偏振光，能照亮光屏，A、B正确；偏振光经过偏振片时，若偏振方向相互垂直，则无光通过，光屏上无亮光，C错误，D正确.
激光能量问题
一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11s，波长为694.3 nm，发射功率为1.0×1010 .
(1)则每列光脉冲的长度是多少？
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每1 cm2吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积为50 mm2，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
[思路点拨] 激光的传播速度为光速c，激光亮度非常高，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，这样可达到消除色斑的目的，由能量守恒便可求解.
[解析] (1)一个光脉冲长度Δl＝c·Δt＝3.0×108×1.0×10－11 m＝3.0×10－3 m.
(2)一个光脉冲所携带的能量ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10－11 J＝0.1 J.
消除面积为S＝50 mm2的色斑需要光脉冲数为n，则
n＝＝＝300(个).
[答案] (1)3.0×10－3 m (2)300个
激光器发射的激光波长属于可见光中红光波段，每列光脉冲的长度远大于光的波长，抓住能量的转化和守恒是解题关键.
PAGE
- 5 -
