2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第一册 4.3光的干涉4.5光得衍射4.6光的偏振 激光 课件（38张PPT）
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第一册 4.3光的干涉4.5光得衍射4.6光的偏振 激光 课件（38张PPT） |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-27 10:23:58 | ||
图片预览
文档简介
第2讲 光的衍射 光的偏振 激光
目标定位
1.观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点．区分双缝干涉与单缝衍射的图样.
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.
5.了解激光的特性和应用，知道全息照相的原理及特点．
一、光的衍射
1．衍射现象
(1)定义：光的传播绕到原来应该是 的范围之内的现象．
(2)发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或孔的尺寸 光的波长甚至比光的波长更小时，衍射才是明显的．
(3)衍射现象是 性最基本的表现之一．
阴影
接
近
波动
想一想 衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗？
答案 衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大，随着缝、孔的减小，衍射条纹的宽度增大，但条纹亮度减弱．
2．衍射对分辨本领的影响
光学仪器上用的透镜的直经越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越 ．
3．衍射光栅
(1)定义：在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线，或者在玻璃片上刻上许多均匀细槽的光学器件．
(2)种类： 光栅和 光栅．
低
透射
反射
(3)透射光栅衍射图样是 和 的共同结果． 的结果使光栅衍射的亮条纹的宽度比单缝衍射时窄得多，明条纹又细又亮．
单缝衍射
多缝干涉
多缝干涉
二、光的偏振
1．偏振现象：
(1)波的偏振：如果横波只沿着某一个 的方向振动，在物理学上就叫做波的偏振．
(2)只有 才存在偏振．
(3)偏振光：通过偏振镜的光．
特定
横波
2．偏振片
(1)自然光：在 于传播方向的平面内，可沿 方向振动，振动在平面内的分布大致 的光．
自然光通过偏振片后，只有振动方向和“狭缝”方向 的那些光波才能完全通过，而振动方向和“狭缝” 的光波就完全不能通过．偏振光能完全通过的方向称为偏振器的偏振化方向．
垂直
均匀
一致
垂直
任何
(3)起偏器和检偏器
①起偏器：用于获得 的偏振片．
②检偏器：为了检查通过起偏器的光是不是 ，在起偏器后面再放的那一个偏振片．
③起偏器和检偏器都是偏振片．
3．偏振现象的应用：立体电影、照相机镜头前的偏振镜、检查应力的分布情况、 预报．
偏振光
偏振光`
地震
三、激光与全息照相
1．激光及其特性
激光是 受激辐射产生的光，激光光束中所有光子都是相互关联的，它们的 一致、 一致、 一致、 方向一致，所以激光具有 好、 强、 高等特点．
原子
频率
相位
偏振方向
传播
单色性
方向性
亮度
2．激光的应用
(1)在家中，CD、VCD、有线电视；
(2)在联网的计算机上，收集图文信息、收发电子邮件、网上购物；
(3)在医院里，治疗 、整容美容；
(4)在军事领域，激光制导炸弹、 、跟踪目标、传递军事情报．
疾病
测量距离
3．激光与全息照相
(1)全息照相的原理
全息照相是应用光的 实现的．
(2)全息照相与普通照相相比具有的突出特点：
①观察再现的图象时，看到的三维立体图象和原来的物体几乎 ．
干涉
一模一样
②发现一个物体部分被遮挡了，改变一下角度，就能观察到被遮挡的部分．
③一张全息照片的大部分被损坏或丢失，只留下一小部分，从这一小部分照片 再现原物的全貌．
④可以在同一张底片上记录多张图象，再现时可以在不同的角度上分别观察到两个不同物体的像而 ．
仍可
不互相干扰
一、对光的衍射的理解
1．光产生明显衍射的条件
障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相比差不多，甚至比光的波长小．
2．衍射图样的特点
(1)单缝衍射：①单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹．中央条纹最宽最亮，两侧的亮纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹．
②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，光波波长越长的中央条纹宽，条纹间距大．
(2)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环．如图1所示．
图1
(3)圆板衍射(泊松亮斑)
①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．衍射图样如图2
所示．
②中央是亮斑，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．
图2
例1 在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( )
A．将入射光由黄光换成绿光，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
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，A，C正确；
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，B错误；
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，D正确．
答案 ACD
二、单缝衍射与双缝干涉的比较
1．不同点
(1)产生条件
单缝衍射：只要狭缝足够小
双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加
(2)图样
单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，
两侧亮条纹变暗变窄
双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹J
2．相同点
(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果．
(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．
例2 如图3所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )
A．a、b是光的干涉图样
B．c、d是光的干涉图样
C．形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短
D．形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短
图3
解析 干涉条纹是等间距的条纹，因此，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故A项正确，B项错误；
由公式Δy＝ λ可知，当l和d相同时，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项
错误；
c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项错误．
答案 A
三、对光的偏振的理解
1．偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是刻上的真实狭缝．
2．只要光的振动方向不与透振方向垂直，都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些．
3．自然光和偏振光
?
自然光
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
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强度都相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏器透振方向一致)
举例
太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光
自然光在介质表面反射和折射形成的光
4.偏振现象的应用举例
(1)在摄影中的应用：在镜头前安装一片偏振滤光片，可以阻挡反射光进入镜头．
(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字．
(3)夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理．
(4)立体电影也利用了光的偏振原理．
例3 如图4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( )
图4
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；
白炽灯光经偏振片P后为偏振光，只有Q与P的偏振方向一致时才有光透过Q，因此B点的光的强度有变化，选项C正确．
答案 C
四、激光的应用
1．利用激光通过光导纤维实现通信(利用激光的单色性好，便于调制)．
2．激光雷达测距、测速(方向性好，结合多普勒效应)．
3．DVD、CD唱机、电脑光驱(方向性好)．
4．医学上的“激光刀”、激光雕刻、激光切割、激光焊接、受控核聚变(能量集中及高能量)．
5．全息照相技术．
例4 下列说法正确的是( )
A．激光可用于测距
B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D．激光可用于全息照相，有独特的特点
解析 激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，选项A正确；
激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，选项B错误；
激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，选项D正确；
由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤的同时，也能杀灭细菌，所以选项C正确．
答案 ACD
1．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白暗相间的直条纹
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，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射
光的衍射现象
解析 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模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．
答案 AC
单缝衍射与双缝干涉的比较
2．如图5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
图5
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
光的偏振
3．如图6所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿
OO′方向射向A，此时在光屏C上，透射光的强
度最大，则下列说法中正确的是( )
A．此时A、B的透振方向平行
B．只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度才最弱，几乎为零
C．不论将A或B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度都将最弱，几乎为零
D．将A沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零
图6
解析 当A、B两偏振片的透振方向平行时，光屏上的光强度最大；
当二者透振方向垂直时，光屏上的光强度最小，几乎为零，由此可知A、C选项正确．
答案 AC
激光的特点及应用
4．下列说法中正确的是( )
A．激光是自然光被放大而产生的
B．激光是原子受激辐射而得到的加强光
C．激光的能量一定大于其他光的能量
D．激光的传播速度比普通光大
解析 激光是由人工产生的光，它是由于原子受到激发而产生的，它具有平行度好、相干性强和亮度高的特点，其传播速度仍然是光速，故B对．
B
目标定位
1.观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点．区分双缝干涉与单缝衍射的图样.
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.
5.了解激光的特性和应用，知道全息照相的原理及特点．
一、光的衍射
1．衍射现象
(1)定义：光的传播绕到原来应该是 的范围之内的现象．
(2)发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或孔的尺寸 光的波长甚至比光的波长更小时，衍射才是明显的．
(3)衍射现象是 性最基本的表现之一．
阴影
接
近
波动
想一想 衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗？
答案 衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大，随着缝、孔的减小，衍射条纹的宽度增大，但条纹亮度减弱．
2．衍射对分辨本领的影响
光学仪器上用的透镜的直经越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越 ．
3．衍射光栅
(1)定义：在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线，或者在玻璃片上刻上许多均匀细槽的光学器件．
(2)种类： 光栅和 光栅．
低
透射
反射
(3)透射光栅衍射图样是 和 的共同结果． 的结果使光栅衍射的亮条纹的宽度比单缝衍射时窄得多，明条纹又细又亮．
单缝衍射
多缝干涉
多缝干涉
二、光的偏振
1．偏振现象：
(1)波的偏振：如果横波只沿着某一个 的方向振动，在物理学上就叫做波的偏振．
(2)只有 才存在偏振．
(3)偏振光：通过偏振镜的光．
特定
横波
2．偏振片
(1)自然光：在 于传播方向的平面内，可沿 方向振动，振动在平面内的分布大致 的光．
自然光通过偏振片后，只有振动方向和“狭缝”方向 的那些光波才能完全通过，而振动方向和“狭缝” 的光波就完全不能通过．偏振光能完全通过的方向称为偏振器的偏振化方向．
垂直
均匀
一致
垂直
任何
(3)起偏器和检偏器
①起偏器：用于获得 的偏振片．
②检偏器：为了检查通过起偏器的光是不是 ，在起偏器后面再放的那一个偏振片．
③起偏器和检偏器都是偏振片．
3．偏振现象的应用：立体电影、照相机镜头前的偏振镜、检查应力的分布情况、 预报．
偏振光
偏振光`
地震
三、激光与全息照相
1．激光及其特性
激光是 受激辐射产生的光，激光光束中所有光子都是相互关联的，它们的 一致、 一致、 一致、 方向一致，所以激光具有 好、 强、 高等特点．
原子
频率
相位
偏振方向
传播
单色性
方向性
亮度
2．激光的应用
(1)在家中，CD、VCD、有线电视；
(2)在联网的计算机上，收集图文信息、收发电子邮件、网上购物；
(3)在医院里，治疗 、整容美容；
(4)在军事领域，激光制导炸弹、 、跟踪目标、传递军事情报．
疾病
测量距离
3．激光与全息照相
(1)全息照相的原理
全息照相是应用光的 实现的．
(2)全息照相与普通照相相比具有的突出特点：
①观察再现的图象时，看到的三维立体图象和原来的物体几乎 ．
干涉
一模一样
②发现一个物体部分被遮挡了，改变一下角度，就能观察到被遮挡的部分．
③一张全息照片的大部分被损坏或丢失，只留下一小部分，从这一小部分照片 再现原物的全貌．
④可以在同一张底片上记录多张图象，再现时可以在不同的角度上分别观察到两个不同物体的像而 ．
仍可
不互相干扰
一、对光的衍射的理解
1．光产生明显衍射的条件
障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相比差不多，甚至比光的波长小．
2．衍射图样的特点
(1)单缝衍射：①单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹．中央条纹最宽最亮，两侧的亮纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹．
②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，光波波长越长的中央条纹宽，条纹间距大．
(2)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环．如图1所示．
图1
(3)圆板衍射(泊松亮斑)
①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．衍射图样如图2
所示．
②中央是亮斑，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．
图2
例1 在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( )
A．将入射光由黄光换成绿光，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
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，A，C正确；
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，B错误；
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，D正确．
答案 ACD
二、单缝衍射与双缝干涉的比较
1．不同点
(1)产生条件
单缝衍射：只要狭缝足够小
双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加
(2)图样
单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，
两侧亮条纹变暗变窄
双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹J
2．相同点
(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果．
(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．
例2 如图3所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )
A．a、b是光的干涉图样
B．c、d是光的干涉图样
C．形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短
D．形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短
图3
解析 干涉条纹是等间距的条纹，因此，a、b图是干涉图样，c、d图是衍射图样，故A项正确，B项错误；
由公式Δy＝ λ可知，当l和d相同时，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比b图样的光的波长长，故C项
错误；
c图样的光的波长比d图样的光的波长长，故D项错误．
答案 A
三、对光的偏振的理解
1．偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是刻上的真实狭缝．
2．只要光的振动方向不与透振方向垂直，都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些．
3．自然光和偏振光
?
自然光
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
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强度都相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏器透振方向一致)
举例
太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光
自然光在介质表面反射和折射形成的光
4.偏振现象的应用举例
(1)在摄影中的应用：在镜头前安装一片偏振滤光片，可以阻挡反射光进入镜头．
(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字．
(3)夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理．
(4)立体电影也利用了光的偏振原理．
例3 如图4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( )
图4
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；
白炽灯光经偏振片P后为偏振光，只有Q与P的偏振方向一致时才有光透过Q，因此B点的光的强度有变化，选项C正确．
答案 C
四、激光的应用
1．利用激光通过光导纤维实现通信(利用激光的单色性好，便于调制)．
2．激光雷达测距、测速(方向性好，结合多普勒效应)．
3．DVD、CD唱机、电脑光驱(方向性好)．
4．医学上的“激光刀”、激光雕刻、激光切割、激光焊接、受控核聚变(能量集中及高能量)．
5．全息照相技术．
例4 下列说法正确的是( )
A．激光可用于测距
B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D．激光可用于全息照相，有独特的特点
解析 激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，选项A正确；
激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，选项B错误；
激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，选项D正确；
由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤的同时，也能杀灭细菌，所以选项C正确．
答案 ACD
1．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白暗相间的直条纹
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，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射
光的衍射现象
解析 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模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．
答案 AC
单缝衍射与双缝干涉的比较
2．如图5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
图5
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
光的偏振
3．如图6所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿
OO′方向射向A，此时在光屏C上，透射光的强
度最大，则下列说法中正确的是( )
A．此时A、B的透振方向平行
B．只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度才最弱，几乎为零
C．不论将A或B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度都将最弱，几乎为零
D．将A沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零
图6
解析 当A、B两偏振片的透振方向平行时，光屏上的光强度最大；
当二者透振方向垂直时，光屏上的光强度最小，几乎为零，由此可知A、C选项正确．
答案 AC
激光的特点及应用
4．下列说法中正确的是( )
A．激光是自然光被放大而产生的
B．激光是原子受激辐射而得到的加强光
C．激光的能量一定大于其他光的能量
D．激光的传播速度比普通光大
解析 激光是由人工产生的光，它是由于原子受到激发而产生的，它具有平行度好、相干性强和亮度高的特点，其传播速度仍然是光速，故B对．
B