2020-2021学年高二下学期物理人教版选修3-4：第13章 光 课件(共115张PPT)

(共115张PPT)
第十三章
光
固执于光的旧有理论的人们，最好是从它自身的原理出发，提出实验的说明。并且，如果他的这种努力失败的话，他应该承认这些事实。
——
托马斯·杨
授课：柳志坤
学校：临泉一中
2011.8.
25
第十三章
光
1
光的反射和折射
2
全反射
3
光的干涉
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
5
光的衍射
6
光的偏振
7
光的颜色
色散
8
激光
由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风
1
光的反射和折射
第十三章
光
17世纪明确形成了两大对立学说
牛顿
惠更斯
微粒说
波动说
19世纪初证明了波动说的正确性
19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性
这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”
1
光的反射和折射
第十三章
光
光的本性：
光既具有波动性，又具有粒子性
光从一种介质射到它和另一种介质的分界面时，一部分光返回到这种介质中的现象叫做光的反射；而光进入第二种介质的现象叫做光的折射。
一、反射定律和折射定律
1
光的反射和折射
第十三章
光
θ1
θ2
空气
水
折射光线
入射光线
反射光线
1
光的反射和折射
第十三章
光
光的反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角.
平面镜
入射光线
反射光线
法线
入射角
反射角
O
A
B
光路可逆
1
光的反射和折射
第十三章
光
光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比.即
光路可逆
1
光的反射和折射
第十三章
光
当光从空气（光疏介质）斜射入水中（光密介质）时，折射角小于入射角
当光从水（光密介质）斜射入空气（光疏介质），折射角大于入射角
空气
水
思考：入射角、折射角大小关系与介质的关系？
1
光的反射和折射
第十三章
光
二、折射率n
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率，用n表示。
说明：(1)n的大小与介质有关，与θ1和θ2无关，是反映介质对光的偏折能力的大小。
(2)折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1(n>1)
1
光的反射和折射
第十三章
光
介质
折射率
介质
折射率
金刚石
2.42
岩盐
1.55
二硫化碳
1.63
酒精
1.36
玻璃
1.5~
1.8
水
1.33
水晶
1.55
空气
1.00028
几种介质的折射率
1
光的反射和折射
第十三章
光
应用：
人在水上看到物体的像，比实际物体位置偏上，感觉水比较浅。
1
光的反射和折射
第十三章
光
空气
水
界面
A
A'
从水中看水面上的物体，物体比实际的高度要高
1
光的反射和折射
第十三章
光
特别提醒：画光路图时应注意的问题：
(1)光路是可逆的．
(2)垂直界面入射的光线，折射后方向不变。
(3)过半圆形玻璃砖圆心的光线在圆弧处不偏折．
1
光的反射和折射
第十三章
光
1
光的反射和折射
第十三章
光
实验：测定玻璃的折射率
玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？
1
光的反射和折射
第十三章
光
1）原理：折射定律：
2）方法：插针法
空气
玻璃
θ1=?
θ2=?
界面
法线
3）实验器材：
玻璃砖、白纸
、大头针若干、铅笔、直尺、量角器
1
光的反射和折射
第十三章
光
（1）铺纸
Ｏ'
Ｂ
Ｃ
Ｄ
（2）在白纸上画一条线aa＇为界面，过aa＇上的一点O（作为入射点）画法线N＇N,并画AO作为入射光线
（3）把玻璃砖放在白纸上，使它的一边与aa＇对齐，确定玻璃砖的另一界面bb＇
4）步骤：
1
光的反射和折射
第十三章
光
（6）连接OO＇，入射角θ1=∠AON＇,折射角θ2＝∠NOO＇，用量角器量出入射角和折射角，求出对应的正弦值，记录在表格中
（5）移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线
DC与bb＇交于o＇，直线O＇D代表沿AO方向入射光通过玻璃砖后的传播方向
（4）在直线AO上竖直插大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线让P2挡住P1的像。再在另一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3、P2、P1的像，记下P3、P4位置
1
光的反射和折射
第十三章
光
（7）用上述方法求出入射角分别为300、450、600时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中
（8）算出不同入射角时的正弦比值，最后求出几次实验的平均值为折射率
注意事项：（1）入射角一般取15o→75o为宜
（2）插针要竖直，且间距适当大些（精确确定光路）
（3）插针法实验，玻璃砖不能动（移动会改变光路图
）
（4）确定边界线时严禁把玻璃砖当尺子用，画边界线时描两点确定边界线
（5）玻璃砖宽度在5cm以上
1
光的反射和折射
第十三章
光
例1
一束光从某种介质射入空气中时,入射角θ1=30°,折射角θ2=60°,折射光路如下图所示,则下列说法正确的是(
)
A.此介质折射率为
B.此介质折射率为
C.此介质的折射率大于空气的折射率
D.光在介质中的速度比空气中大
BC
1
光的反射和折射
第十三章
光
例2
如果光以同一入射角从真空射入不同介质,则
A.折射角越大,表示这种介质对光线的偏折作用越大
B.折射角越大,表示这种介质对光线的偏折作用越小
C.折射角越小,表示这种介质对光线的偏折作用越大
D.折射角越小,表示这种介质对光线的偏折作用越小
BC
例3
某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时,他的方法和操作步骤都正确无误,但他处理实验记录时,发现玻璃砖的两个光学面aa′和bb′不平行,如下图所示,则(
)
A.P1P2与P3P4两条直线平行
B.P1P2和P3P4两条直线不平行
C.他测出的折射率偏大
D.他测出的折射率不受影响
BD
1
光的反射和折射
第十三章
光
1
光的反射和折射
第十三章
光
例4
两束细平行光a和b相距为d,从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面,如图所示,若玻璃对a的折射率大于对b的折射率,当它们从玻璃砖的下表面射出后,有(
)
A.两束光仍平行,间距等于d
B.两束光仍平行,间距大于d
C.两束光仍平行,间距小于d
D.两束光不再平行
C
2
全反射
第十三章
光
一、全反射
1）定义：折射率较小的介质称为光疏介质
折射率较大的介质称为光密介质
光疏介质→n较小→同一频率的光在其中传播的v较大；
光密介质→n较大→同一频率的光在其中传播的v较小。
2
全反射
第十三章
光
说明：（1）光疏介质与光密介质是相对而言的。没有绝对的光密介质.
例如：水、玻璃和金刚石三种介质比较，n水＝1.33
n玻璃＝1.5～1.9
n金刚石＝2.42。
（2）光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依据的,与介质的其它属性(如密度等)无关.
例如：水和酒精，n水＝1.33＜n酒精＝1.36，酒精相对于水是光密介质，但ρ水＞ρ酒精。
2
全反射
第十三章
光
N
N'
A
O
B
光疏介质
光密介质
光从光疏介质进入光密介质θ1
＞θ2
光从光密介质进入光疏介质
θ1
＜θ2
N
N'
A
O
B
光疏介质
光密介质
2
全反射
第十三章
光
θ1
θ2
介质
N
N'
A
O
B
空气
θ1
θ2
介质
N
N'
A
O
B
空气
折射角θ2
为90°时，会发生什么情况？
2
全反射
第十三章
光
θ1
θ3
介质
N
N'
A
O
C
空气
θ1
θ2
介质
N
N'
A
O
B
空气
θ3
C
光线从光密介质到光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射角达到90°，折射光线完全消失的现象叫全反射，这时的入射角叫做临界角（用C表示）。
2
全反射
第十三章
光
根据折射定律可得：
发生全反射的条件
①光从光密介质进入光疏介质；
②入射角等于或大于临界角。
思考与讨论：计算折射率为n的某种介质在空气中发生全反射时的临界角C
2
全反射
第十三章
光
例1
某玻璃的临界角为42°，当在玻璃中的某一光线射到玻璃与空气的分界面时，若入射角略小于临界角，则光线在空气中的折射角应为
(
)
A.小于42°
B.小于60°
C.小于90°
D.无折射光线
C
2
全反射
第十三章
光
例2
一束光从空气射向折射率为n=
的某种玻璃的表面，如图所示，i代表入射角，则(
)
BCD
A.当i＞45°时会发生全反射现象
B.无论入射角是多大，折射角都不会超45°
C.欲使折射角?
=30°应以i=45°的角度入射
D.当入射角i=arctan
时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
2
全反射
第十三章
光
二、全反射棱镜
1）光线由AB面垂直入射，在AC面发生全反射，垂直由BC面出射．
横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜
2）光线由AC面垂直入射，在AB、
BC面发生两次全反射，垂直由AC面出射．
2
全反射
第十三章
光
在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向．望远镜为了提高倍数，镜筒要很长，通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度．
2
全反射
第十三章
光
三、光导纤维
弯曲的玻璃棒能传光
2
全反射
第十三章
光
构造：由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
全反射现象是自然界里常见的现象，我们常听到的“光纤通信”就是利用了全反射的原理。
利用光纤可实现光纤通信，光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强.
2
全反射
第十三章
光
内窥镜的结构
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部。
2
全反射
第十三章
光
（1）水或玻璃中的气泡看上去特别明亮
水或玻璃中的气泡是光疏介质，光经水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，有更多的光反射到人的眼睛中，人眼感觉会特别明亮。
（2）在炎热的夏天，我们有时会看到远处柏油马路上显得特别明亮
因为贴近热路面附近的空气层稀薄，比上层空气的折射率小，从远处射向路面的光线，也可能发生全反射，远远看上去，路面显得特别明亮，就像用水淋过一样。
常见的全反射现象：
2
全反射
第十三章
光
夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小。从而形成具有折射率梯度的空气层。当光线通过此空气层时，将发生偏转。如图所示，设一束从远处景物A发出的光线A以入射角θ1由折射率为n处射入空气层。
当n,θ1一定时，从下层空气进入上层空气的入射角不断增大，当增大到由某两层空气的折射率决定的临界角时，就会全反射。
(3)蜃景的成因和规律
2
全反射
第十三章
光
人在C处逆着C光线看，可看到经全反射形成的倒立虚像；在B处逆着A光线看，也可看到经折射形成的正立虚像。
总之，若人在较高处，看到的蜃景是由折射形成的正立虚像；若人在较低处，看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立虚像。
2
全反射
第十三章
光
(4)太阳光投射到小水滴上,产生色散现象.
3
光的干涉
第十三章
光
牛顿
惠更斯
麦克斯韦
爱因斯坦
3
光的干涉
第十三章
光
干涉现象是波独有的特征，假设光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．
?
1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功的观察到了光的干涉．
光的干涉
托马斯·杨
1773-1829
3
光的干涉
第十三章
光
3
光的干涉
第十三章
光
一、杨氏干涉实验
3
光的干涉
第十三章
光
实验装置及现象：
单
缝
双
缝
屏
3
光的干涉
第十三章
光
说明：1）装置特点：
2）①要用单色光
单缝
双缝
S1
S
S2
屏
（2）双缝很近
0.1mm
（1）双缝S1、S2到单缝S的距离相等
获得两个振动情况完全相同的光源，叫相干光源(频率相同)
③双缝的作用：
②单缝的作用：
获得光源
3）现象：屏上看到明暗相间的条纹
屏上形成的明暗条纹叫做干涉图样
3
光的干涉
第十三章
光
4）干涉图样的特点:
屏上到S1S2距离相等的点出现的是明条纹,叫做中央亮纹
明暗间距相等的条纹
S1
S2
双缝
屏幕
P1
第一亮纹
P0
中央亮纹
P2
第二亮纹
P3
＇
第三亮纹
P3
第三亮纹
P2
＇第二亮纹
P1
＇
第一亮纹
思考：如果你是托马斯·杨，你该如何解释光屏上出现的亮暗条纹？
3
光的干涉
第十三章
光
二、决定条纹间距的条件
S1
S2
P1
ΔS
P1S2－P1S1=
ΔS
光程差δ
S1、S2相当于完全相同的波源
单色激光束
相干波源
S1
S2
P
P0
δ=0
中央亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
3
光的干涉
第十三章
光
3
光的干涉
第十三章
光
P1
第一亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
S1
S2
P1
λ
λ
δ=λ
3
光的干涉
第十三章
光
P2
第二亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
2λ
3
光的干涉
第十三章
光
P3
第三亮纹
双缝
S1
S2
屏幕
同样可以找到第四条、第五条……亮纹；在中央明纹P0的下方可找到δ=
S1－S2＝λ的P1＇点，δ=
S1－S2＝2λ的P2＇点，δ=
S1－S2＝3λ的P3＇点等处与中央明纹为对称的第一、第二、第三…，第n条亮纹。
3λ
3
光的干涉
第十三章
光
双缝
S1
S2
屏幕
P1
第一亮纹
δ=λ
P
中央亮纹
δ=0
P2
第二亮纹
δ=2λ
P3
＇
第三亮纹
δ=3λ
P3
第三亮纹
δ=3λ
P3
＇
第二亮纹
δ=2λ
P3
＇
第一亮纹
δ=λ
Q1
第一暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
S1
S2
Q1
λ/2
λ/2
P
中央亮纹
3
光的干涉
第十三章
光
3
光的干涉
第十三章
光
Q2
第二暗纹
双缝
S1
S2
屏幕
同样可以找到第三条暗纹Q3……，在中央明纹下方也可以找到对称的Q1＇、Q2＇、Q3＇……等暗纹。
3λ/2
Q1
第一暗纹
P
中央亮纹
3
光的干涉
第十三章
光
双缝
S1
S2
屏幕
P1
第一亮纹
δ=λ
P
中央亮纹
δ=0
P2
第二亮纹
δ=2λ
P3
＇第三亮纹
δ=3λ
P3
第三亮纹
δ=3λ
P3
＇
第二亮纹
δ=2λ
P3
＇
第一亮纹
δ=λ
Q2
第二暗纹
Q
1
第一暗纹
Q3
第三暗纹
Q3
＇第三暗纹
Q2
＇
第二暗纹
Q1
＇
第一暗纹
δ=5λ/2
δ=λ/2
δ=3λ/2
δ=5λ/2
δ=3λ/2
δ=λ/2
3
光的干涉
第十三章
光
（1）空间的某点距离光源S1和S2的路程差为0、1λ、2λ、3λ等波长的整数倍（半波长的偶数倍）时，该点为振动加强点。
（2）空间的某点距离光源S1和S2的路程差为λ/2、3λ/2、5λ/2等半波长的奇数倍时，该点为振动减弱点。
总结规律：
光程差δ=
nλ（n=0，1，2…）出现亮纹
光程差δ
=（2n-1)λ/2
(n=1,2,3…）出现暗纹
3
光的干涉
第十三章
光
白光的干涉图样是什么样的？
①明暗相间的彩色条纹；
②中央为白色亮条纹；
③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；
④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
双缝
S1
S2
屏幕
干涉条纹的间距(条纹宽度)与哪些因素有关?
△x
△x
条纹间距的含义：亮纹和亮纹中心之间的距离或暗纹和暗纹中心之间的距离。
①
保持l、d不变，用不同的单色光进行实验红光的条纹间距最大，紫光的最小。
与光的波长λ有关
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
双缝
S1
S2
屏幕
l
d
③
d、λ不变，只改变屏与缝之间的距离l，l越大，条纹间距越大．
②
l、λ不变，只改变双缝距离d，d越小，条纹间距越大．
r1
r2
l
一、实验原理
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
屏上P1与P0点的距离x，两缝到P1的距离分别为：P1S1=r1
P1S2=r2
在P1S2上作P1M=P1S1,于是S2M=r2-r1
由于两缝之间的距离远小于缝到屏的距离，所以可近似认为三角形S1S2M是直角三角形，根据三角函数的关系，有r2-r1=dsinθ，另一方面x=ltanθ≈lsinθ,消去sinθ，有
当两列波的路程差为波长的整数倍，即dx/l=±kλ，（k=0,1,2…)时才会出现亮条纹，亮条纹中心位置为：x=±klλ/d
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
根据这个公式可以测出波长
实验器材：
双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻度尺．
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
实验步骤：1）如图，把长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏；
2）取下双缝，打开光源，调节光源高度，使它发出的光沿遮光筒轴线照亮屏(中心在同一高度);
3）装好单缝和双缝(缝沿竖直方向)，调节透镜，使灯丝的像成在单缝上，调节单、双缝，使缝平行，这时在屏上会看到白光的干涉图样；
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
透镜
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
4）在单缝和光源间放上红色滤光片，观察红光干涉图样；
5）调节测量头，使分划板中心刻线与左端某条(记为第1条)亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度x1，将测量头朝右端移动，记下第n条亮纹中心位置x2；则第1条亮纹与第n条亮纹中心间距为a=x2-x1，则相邻亮纹间距为：
6）已知双缝间的距离d，测出双缝到屏的距离l，由
，计算红光的波长。
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
第1条
第7条
读数：x1
读数：x2
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
注意事项:
1）放置单缝和双缝时，必须使缝平行．
2）要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上．
3）测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心．
4）要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx.
5）调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行．
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
误差分析：1）(1)测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用mm刻度尺，进行多次测量求平均值的办法减小误差．
(2)通过测量多条亮条纹间的距离来减小测量误差．
2）测条纹间距Δx带来的误差．
(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度．
(2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心．
(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确．
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
例1
某同学利用双缝干涉实验装置测定某一光的波长，已知双缝间距为d，双缝到屏的距离为L,
将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐，并将该条纹记为第一亮条纹，其示数如图所示,
此时的示数x1=
mm。然后转动测量头，使分划板中心刻线与第n亮条纹的中心对齐，测出第n亮条纹示数为x2。由以上数据可求得该光的波长表
达式λ=
（用给出的字母符号表示）。
0.776
0
25
30
20
35
mm
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
例2
在杨氏双缝干涉实验中，如果（
）
（A）用白光作为光源,
屏上将呈现黑白相间的条纹
（B）用红光作为光源,
屏上将呈现红黑相间的条纹
（C）用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
（D）用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹
B
D
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
（1）若测定红光的波长，应选用
色的滤光片，实验时需要测定的物理量有：
和
。
红
双缝到屏的距离l
n条条纹间距a
光源
滤光片
单缝
双缝
遮光筒
屏
例3
在《用双缝干涉测光的波长》的实验中，装置如图，双缝间的距离d=3mm
4
实验：用双缝干涉测量光的波长
第十三章
光
（2）若测得双缝与屏之间距离0.70m，通过测量头（与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500mm）观察第1条亮纹的位置如图（a）所示，观察第5条亮纹的位置如图（b）所示，则可求出红光的波长=
m.（保留一位有效数字）
0
10
15
20
0
40
0
10
1
234
5
图（a）
图（b）
7×10-7
5
光的衍射
第十三章
光
复习提问：
问题1）什么是波的衍射现象？
问题2）发生明显衍射的条件是什么？
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的现象叫波的衍射
障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。
5
光的衍射
第十三章
光
一、光的衍射
取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏
．
激光束
波长很短
400-700nm
光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象。衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。
5
光的衍射
第十三章
光
光的明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸小于
波长或者和波长差不多。
单缝衍射条纹特点：
条纹不等间距，中央条纹亮而宽，两侧条纹较暗较窄，对称分布
5
光的衍射
第十三章
光
波长一定时，单缝越窄，现象越明显，中央亮纹越宽越暗
5
光的衍射
第十三章
光
单缝不变，波长越大，衍射越明显，中央亮纹越宽
5
光的衍射
第十三章
光
单缝衍射与双缝干涉条纹和区别：
各明纹或暗纹宽度、亮度基本相等.
中央条纹最宽最亮,两侧条纹宽度、亮度逐渐减小．
干涉条纹：
衍射条纹：
5
光的衍射
第十三章
光
衍射现象和干涉现象条纹的不同点和相同点：
相同点：由于光的叠加而产生的，明暗相间的。
不同点：双缝的条纹是等间距的各条纹的亮度差别较小，条纹条数较多；衍射条纹不等间距，中央条纹亮而宽，两侧条纹较暗较窄，对称分布
5
光的衍射
第十三章
光
A
B
1）孔较大时—屏上出现清晰的光斑
圆孔衍射：
5
光的衍射
第十三章
光
A
B
2）孔较小时——屏上出现衍射图样（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）
5
光的衍射
第十三章
光
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。
5
光的衍射
第十三章
光
小圆屏衍射图样中亮环或暗环间距随着半径的增大而减小。而圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随着半径增大而减小。
小孔背景是暗的，小圆屏背景是明亮的。
5
光的衍射
第十三章
光
圆屏衍射
圆孔衍射
钢针的衍射
二、衍射光栅
5
光的衍射
第十三章
光
透射光栅:在玻璃片上刻有许多等宽而又间距相等的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝,一般每毫米有几十到几千个狭缝。
反射光栅:在高反射率的金属上刻痕.
N=1
N=2
N=3
如果增加狭缝的个数，衍射条纹宽度变窄，亮度将增加。
5
光的衍射
第十三章
光
例1
下列现象属于光的衍射现象的是：
A.雨后天空出现绚丽的彩虹
B.阳光下肥皂膜上的彩色条纹
C.太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹
D.对着日光灯从铅笔缝里看到的彩色条纹
E.在两块相互压紧的平行玻璃板面上看到的彩色条纹
D
5
光的衍射
第十三章
光
例2
下列关于单缝衍射的说法中，正确的是
A
和光的双缝干涉图样相同
B
各亮条纹的宽度不同而亮度相同
C
各亮条纹的宽度相同而亮度不同
D
中央亮条纹的宽度最宽，亮度最亮
D
5
光的衍射
第十三章
光
例3
我们经常可以看到，凡路边施工处总挂有红色的电灯，这除了红色光容易引起人的视觉注意以外，还有一个重要的原因，这一原因是红色光
A．比其他色光更容易发生衍射
B．比其他可见光更容易发生干涉
C．比其他可见光更容易发生反射
D．比其他可见光更容易发生折射
A
6
光的偏振
第十三章
光
一、偏振现象
1）机械波的偏振现象
纵波能通过与传播方向垂直的任意狭缝
横波只能通过与其质点振动方向平行的特定狭缝
思考：光是横波还是纵波呢？如何判断？
偏振片：只有沿特定方向振动的光波才能通过，此方向叫透振方向
6
光的偏振
第十三章
光
2）光的偏振
自然光:包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光（比如太阳、电灯等普通光源发出的光）。
偏振光:自然光通过偏振片P（起偏器）变成只沿特定方向振动的偏振光
P
通过起偏器P产生的光是否是偏振光可通过另一偏振片Q(检偏器)检验
光是一种横波
6
光的偏振
第十三章
光
二、偏振现象的应用
应用一：拍摄
在相机前加偏振片，可消除水面和玻璃表面的反射光对景象的干扰
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光的偏振
第十三章
光
应用二：液晶显示
如果两玻璃板之间加上电压，分子排列方向将与电场方向平行，光线由于不能扭转将不会通过第二个极板．
有光线进入,通过第一个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振方向（液晶的旋光性）.由于光线沿着分子排列的方向传播，光线最终将从另一端射出．
6
光的偏振
第十三章
光
液晶显示器就是利用这一特性，在上下两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液晶，利用电场控制液晶的转动．不同的电场大小就会形成不同的灰阶亮度．
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光的偏振
第十三章
光
应用三：立体电影
6
光的偏振
第十三章
光
例1
如图所示，让太阳光通过遮光板M
中的小孔S
，在M的右方放一偏振片P
，P
的右方再放一光屏Q
，现以光的传播方向为轴逐渐旋转偏振片P
，关于屏Q
上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是
A、先变亮后变暗
B、先变暗后变亮
C、亮度不变
D、光先变暗后变亮，再变暗，再变亮
Q
P
M
S
C
6
光的偏振
第十三章
光
例2
两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180度，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、透过偏振片的光强光增强，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
A
6
光的偏振
第十三章
光
例3
通过一块偏振片分别去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板的光，当以入射光线为轴转动偏振片时，能够观察到光线强弱有变化的是（
）
A、电灯
B、蜡烛
C、月亮
D、反光的黑板
CD?
7
光的颜色
色散
第十三章
光
一、光的颜色
色散
阅读思考：
1）什么叫光的色散?光的颜色由哪一个量决定?七色光中按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列，其波长、频率、波速、折射率如何变化？
2）什么叫光谱？
2）光的颜色决定因素：频率
1）光的色散:含有多种颜色的光被分解为单色光的现象
7
光的颜色
色散
第十三章
光
3）光谱:含有各种颜色的光被分解后,各色光按其波长的有序排列,就是光谱.
7
光的颜色
色散
第十三章
光
760
400
630
600
570
500
450
430
蓝
红
橙
黄
绿
青
紫
真空中波长(nm)
频率(
10
Hz)
1
4
7.5
3.9
5.0
4.8
5.3
6.0
6.7
7.0
7
光的颜色
色散
第十三章
光
人眼视网膜上的两种感光细胞
1）视杆细胞：对光敏感，不能区分不同波长（频率）的光；
2）视锥细胞：对光敏感度不如视杆细胞，但能区分不同波长（频率）的光。
7
光的颜色
色散
第十三章
光
二、薄膜干涉中的色散
白光的薄膜干涉条纹—彩色条纹
水面上的油膜呈彩色
7
光的颜色
色散
第十三章
光
定义：让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉。
在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹（暗条纹）应出现在膜的厚度相等的地方。
7
光的颜色
色散
第十三章
光
利用光的干涉检查平整度
单色光
标准样板
薄片
被检测平面
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
(a)
(b)
7
光的颜色
色散
第十三章
光
三、衍射时的色散
因为白光中包含了各种颜色的光,衍射时不同色光的亮条纹的位置不同,于是各种色光就区分开了.
7
光的颜色
色散
第十三章
光
四、折射时的色散
常用的棱镜是横截面为三角形的三棱镜，通常简称为棱镜。
通过实验或作光路可知，从玻璃棱镜的一个侧面射出的光线从另一侧面射出时向底面偏折。
7
光的颜色
色散
第十三章
光
红光的折射率最小，速度最大；紫光的折射率最大，速度最小。
光的颜色：
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
波
长：
偏折角：
折射率：
频
率：
在同种介质中的光速：
在介质中临界角：
由小
→
大
由小
→
大
由大
→
小
由大→小
紫光更易发生全反射
各种色光的情况统计：(同一介质）
由小
→
大
由大
→
小
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光的颜色
色散
第十三章
光
由n=c/v知：在同一介质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短（频率越大），波速越慢。
例1
下列现象属于薄膜干涉的有:（
）
A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹.
B.雨后天空中呈现的彩虹.
C.阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹.
D.肥皂泡上呈现的彩色条纹.
AD
例2
如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的（
）
A
B
C
D
7
光的颜色
色散
第十三章
光
D
7
光的颜色
色散
第十三章
光
例3
如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的上表面是否平的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由哪两个表面反射的光叠加而成的(
)
A．a的上表面和b的下表面
B．a的上表面和b的上表面
C．a的下表面和b的上表面
D．a的下表面和b的下表面　
C
7
光的颜色
色散
第十三章
光
例4
有关增透膜，下列说法正确的是（
）
A.增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光的强度；
B.增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的1/4；
C.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4；
D.因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵消的厚度，红光紫光反射不能完全抵消的厚度，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色。
ACD
8
激光
第十三章
光
物体发光的微观机理：
物质中的原子受到激发以后，原子能量增加，处于不稳定状态，要向低能态跃迁。在向低能态跃迁的过程中，会发出光。
某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，这种光叫作激光。
激光的产生：
8
激光
第十三章
光
1）相干性应用：光纤通讯、激光全息技术
2）平行度好：测距、测速（激光雷达测速）信息存储和阅读（DVD、CD唱机、计算机光盘
3）亮度高：工业切割、焊接；医学“光刀”、“焊接”、利用强激光产生的高压引发核聚变。
一、激光的特点及其应用
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激光
第十三章
光
美国洛克希德.桑德斯公司开发的AN/PLQ--5激光对抗装置。也是一种致盲兼软杀伤武器
卫星跟踪测距仪
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激光
第十三章
光
二、全息照相
参考光
照相底片
反射光
物光
物
同一激光束被分成两束，参考光直接照到底片上，物光也到达底片。两者干涉，在底片上形成复杂的干涉条纹，各点的明暗程度反映了叠加的加强和减弱的情形。
8
激光
第十三章
光
照明光
全息照片
人眼
全息照片的观看：用激光照射全息照片，在照片的另一侧观看原物体的立体的像。