13.5、6光的衍射-光的偏振-课件1(人教版选修3-4).ppt

,*,5、6 光的衍射 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.,重点：1.几种衍射图样的特点.,2.光发生明显衍射现象的条件.,3.光的偏振现象的理解.,难点：用光的衍射和偏振知识解释生活中常见的光学现象.,一、光的衍射,1.光的衍射现象,（1）单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现_相间,的条纹，中央为_条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变,暗；白光通过狭缝时，在屏上出现_条纹，中央为_条纹.,（2）圆孔衍射：光通过小孔（孔很小）时在屏幕上会出现_,_相间的圆环,.,明暗,亮,彩色,白,明,暗,（3）泊松亮斑：障碍,物,的衍射现象.,各,种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，使影的轮廓,模,糊,不,清.若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现,在阴影中心有一个_，这就是著名的泊松亮斑.,2.产生明显衍射现象的条件,障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长_，甚至比光的波长还,要_,.,相比,小,亮斑,3.光的衍射现象和光的直线传播的关系,光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比_或_,_尺寸小的多时，光可以看成沿直线传播；在小孔或障碍物,尺,寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，_现象就十,分明,显.,障,碍物,小,孔,衍,射,【判一判】,（1）白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象.(),（2）菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象.(),（3）隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒，是光的干涉现象.(),提,示,：,（1）白光通过盛水的玻璃杯发生折射，在适当的角度，各色光分离较大，可看到彩色光，故（1）错.,（2）光经过菜汤上油膜的前后两个表面发生反射，两列反射光波相互叠加，产生干涉条纹，是薄膜干涉现象，故（2）错.,（3）远处灯发出的光经过帐幔的缝隙，产生衍射，因此可见到灯周围辐射彩色的光芒，故（3）错.,【想一想】,为什么戴上偏振片眼镜时，可以清楚地看到水中的游鱼？,提示：,由于水面反射的光对人眼产生干扰，使人不能清楚地看到水下的物体，从水面反射的光中包含有很多偏振光，偏振片眼镜可不让这些偏振光进入眼睛，则水中的物体，可以比较清楚地被看到.,三种衍射图样的特点比较,【探究导引】,这是用光射到一个不透光的小圆形障碍物上形成的影，影的中心有一个圆形的亮斑，请思考以下几个问题：,对比,分,析,(1)单缝衍射条纹有什么特点？,(2)圆孔衍射图样有什么特点？,(3)发生明显衍射现象的条件是什么？,【要点整,合,】,1.单缝衍射图样,（1）中央条纹最亮,越向两边越暗;条纹间距不等,越靠外，中央条纹越宽，两边条纹宽度变窄.,（2）缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低.,（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.,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，如图所示.,（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.,（5）只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样.在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现,象,圆形亮斑（光的直线传播）、光源的像（小孔成像）、明暗相间的圆环（衍射图样）.,3.不透明的小圆板衍射图样（泊松亮斑）,（1）中央是亮斑.,（2）周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小.,【特别提醒】,(1)衍射是波所特有的现象，一切波均能发生衍射现象.,(2)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.,(3)可见光的波长范围：10,-6,m10,-7,m，因此光的衍射现象不易观察到.,【典例1】观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是(),A.衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显,B.衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显,C.衍射条纹的间距不变，只是亮度增强,D.衍射条纹的间距不变，只是亮度减弱,【思路点拨】,清楚发生明显衍射的条件，衍射图样在单缝宽度变化时的变化规律.,【规范解答】,选A.由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大.将缝调宽，现象向相反方向变化，故选项A正确.,【变式训练】,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光照到不透光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A、C.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.故A、C正确.,【变式备选】,对衍射现象的定性分析，不正确的是(),A.光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生传播的现象,B.衍射条纹图样是光波相互叠加的结果,C.光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据,D.光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论,【解析】,选D.衍射现象是波绕过障碍物发生传播的现象，衍射条纹是波的叠加的结果，干涉、衍射是一切波所具有的特性,所以选项A、B、C正确.光的直线传播只是近似的，只有在光的波长比障碍物小的多的情况下，光才被看做是沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，所以选项D错误.,单缝衍射与双缝干涉的比较,【探究导引】,观察单缝衍射和双缝干涉条纹，思考以下问题：,(1)双缝干涉条纹的特点是什么？,(2)如何区别是单缝衍射条纹还是双缝干涉条纹？,对比,分析,名称,项目,单缝衍射,双缝干涉,不,同,点,产生条件,条纹宽度,只要狭缝足够,小，任何光都能,发生,频率相同的两列光波相遇,叠加,条纹宽度不等，,中央最宽,条纹宽度相等,不,同,点,条纹间距,亮,度,相,同,点,成因,意义,各相邻条纹间距不等,各相邻条纹等间距,中央条纹最亮，两边,最暗,条纹清晰，亮度基本,相等,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,都是波特有的现象，表明光是一种波,【特别提醒】,(1)单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉，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.,【典例2】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，则下列描述正确的是(),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，表明抽制的丝变粗了,D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了,【思路点拨】,解此类题时要明确题中的“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”，即为衍射现象，再从衍射角度上推断出其他选项的正确性,【规范解答】,选B、D.光束越过细丝与光通过单缝时产生的现象相同，符合光的衍射产生的条件，故B正确；由衍射产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故D正确,【总结提升】,区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法,(1)根据条纹的宽度区分,双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的，而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹变窄.,(2)根据亮条纹的亮度区分,双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗.,【变式训练】,如图所示的四幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹).则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是,(),A.红 黄 蓝 紫 B.红 紫 蓝 黄,C.蓝 紫 红 黄 D.蓝 黄 红 紫,【解析】,选B.双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边变窄的条纹，因此1、3是干涉条纹，2、4是衍射条纹.干涉条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此1是红光，3是蓝光.同一单缝衍射条纹，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，4是黄光.,自然光和偏振光的比较,【探究导引】,你看过立体电影吗？当你戴上一副特制的眼镜，开始欣赏立体电影时，经历过敌人的拳头向你袭来(如图所示)的感受吗？思考以下几个问题:,对比,分析,（1）什么是偏振光？,（2）偏振光与自然光有什么区别？,（3）偏振片在生活中有哪些应用？,【要点整,合,】,自然光和偏振光的比较,自然光（非偏振光）,偏 振 光,光的来源,光的振,动方向,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,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）,【特别提醒】,(1)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)只有横波才能发生偏振现象，光是横波.,【典例3】关于自然光和偏振光，下列观点正确的是(),A自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能,B只有自然光透过偏振片才能获得偏振光,C自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光,D自然光和偏振光都能使感光底片感光,【思路点拨】,解答本题应把握以下两点：,【,关键点,】,（1）自然光和偏振光在振动方向上有区别.,（2）自然光和偏振光在其他现象中无法区别.,【规范解答】,选D.光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光，而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，所以A错光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光，所以B错光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光,D正确.,【变式训练】,两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面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透过偏振片的光先增强，然后又减小到零,B透过偏振片的光先增强，然后减小到非零的最小值,C透过偏振片的光在整个过程中都增强,D透过偏振片的光先增强，再减弱，然后又增强,【解析】,选A.起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；偏振方向平行时，光强达到最大在其中一个偏振片转动180的过程中，两偏振片的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，A正确,【变式备选】,在拍摄日落时分水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是(),A减弱反射光，从而使景物的像清晰,B增强反射光，从而使景物的像清晰,C增强透射光，从而使景物的像清晰,D减弱透射光，从而使景物的像清晰,【解析】,选A.由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光.,【温馨提示】,光的偏振现象在技术中有很多应用例如拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，拍出的照片也不清楚所以会遇到光的偏振的应用问题.,【典例】奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标，利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量.其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振光的偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度，这一角度称为“旋光角”，的值与糖溶液的浓度有关，,考查内容,光的偏振的应用,将的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了.如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，绕中心轴转动偏振片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处光的强度最大，则偏振片B转过的角度等于,D.将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，则偏振片A转过的角度等于,【思路点拨】,光线经过被测样品后，偏振方向旋转了，要使光能穿过两偏振片，则A、B相差的角度也需是.,【规范解答】,选A、C、D.根据题意可知，开始A、B两偏振片的透光方向相同，当被测样品置于A、B之间时，光线旋转一个角度，因此到达O处光的强度会明显减弱；为了使得O处的光线强度最大，则必须将其中一个偏振片旋转角度，使光线穿过偏振片时，光的偏振方向与偏振片的透光方向一致.,圆板衍射与圆孔衍射的比较,1.圆板衍射与圆孔衍射的图样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，而圆板衍射图样的外侧是明亮的.,【案例展示】,平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有(),A.在衍射图样的中心都是亮斑,B.泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽,C.小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑,D.小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的,【规范解答】,选A、B.小孔衍射的图样是中心亮点，向外依次为明暗相间的环状条纹；泊松亮斑的图样是中心亮点，向外是圆板的黑影，再向外是明暗相间的环状条纹，如图所示.,【易错分析】,本题易错选项及错误原因分析如下：,易错选项,错误原因,C,混淆小孔的衍射图样和泊松亮斑的区别,D,弄不清小孔的衍射图样和泊松亮斑各自的特点,