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1、高二物理 第二学期 新课预习 第十五周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 1 8 第二学期 第十五周第二学期 第十五周 课程内容 第十三章 光 第四节 光的颜色 色散 第五节 光的衍射 第六节 光的偏振 2014 2015 学年 高二物理 第二学期 新课预习 第十五周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 3 8 1 准备知识要点 知道不同颜色的光波长不同 知道什么叫色散 2 本阶段知识要点 理解薄膜干涉的原理 理解色散的形成 知道光通过狭缝和圆孔的 衍射现象 知道观察到明显衍射的条件 知道振动中的偏振现象 了解什么是偏振现象 知道偏振是横波的特点 3 拓展知识要点 知道偏振光和自然光
2、的区别 知道偏振光在实际生活中的应用 一 光的颜色 色散 一 光的颜色 色散 1 双缝干涉中的色散 在双缝干涉的实验中 各种颜色的光都可以发生干涉 但条 纹之间的距离不一样 红光到紫光的干涉条纹间距将越来越小 因此不同颜色的光波长不 同 白色干涉时条纹是彩色的 可见 白光是由多种色光组成的 发生干涉时由于不同颜 色的条纹间距不同 白色被分解了 含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色 散 dispersion 含有多种颜色的光被分解后 各种色光按其波长有有序排列 就是光谱 spectrum 下图是太阳光谱 2 薄膜干涉中的色散 光照射到薄膜上
3、时 被膜的前 后表面反射的两列光相叠加 也可发生干涉现象 若 入射光为单色光 可形成明暗相间的干涉条纹 若入射光为白光 可形成彩色的干涉条 纹 薄膜干涉常用于检查平面质量和镜头的增透膜 镀膜的厚度不同 镜头的颜色也不 同 3 折射时的色散 棱镜 横截面积为三角形或梯形的光学器件称为三棱镜简称棱镜 通常情况下棱镜介质 的折射率比棱镜周围介质的折射率大 不特殊说明的棱镜都是指这种情况 棱镜的光学特 性有以下几点 高二物理 第二学期 新课预习 第十五周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 4 8 1 单色光通过棱镜会向底边偏折 如图所示 2 光束通过棱镜只改变传播方向而不改变光束的性质 当入射光
4、束分别为平行光束 发散光束和会聚光束 根据折射定律作出相应的折射光 线 由几何关系不难看出折射光束分别为平行光束 发散光束和会聚光束 3 棱镜可使复色光发生色散 白光经棱镜偏折 不 同色光偏折角不同 会在 屏上形成一条彩色光带 光谱 见下图示 光的色散现象表明 白光为复色光 白 光是由频率从低到高的 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫等单色光组成 同一介质对不同颜色 频率 光的折射率不同 频率越大 折射率越大 不同色光在同一介质中的传播速度不同 根据 V c n 频率越大的光在介质中的传 播速度越小 二 光的衍射 二 光的衍射 1 各种衍射现象 单缝衍射 用平行单色光照射狭缝时 狭缝由宽逐渐变窄的过程
5、中 在屏上首先产生 一条与缝宽相当的亮线 然后亮线的亮度逐渐降低 但同时宽度增大 当缝窄到一定程度 高二物理 第二学期 新课预习 第十五周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 5 8 时 屏上出现明暗相间的条纹 且中间条纹最宽最亮 两边条纹逐渐变窄变暗 条纹宽窄与 单色光波长有关 圆孔衍射 用点光源照射带有圆孔的挡板时 当圆孔较大 屏上得到一个圆形亮斑 随 着圆孔缩小 屏上出现不等宽度的同心圆形的明暗相间条纹 障碍物衍射 各种障碍物都能使光发生衍射 致使影的轮廓模糊不清 出现亮暗相 间的条纹 当障碍物为圆盘形 且小到一定程度时 不仅影的边缘出现亮暗相间圆环 且在 阴影的中央出现亮斑 即泊松
6、亮斑 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 如图 我们看到 当缝比较宽时 在像屏上是一条几乎与缝一样宽的亮线 除了这一条光线 外 像屏上出现了阴影 这时光可视为是沿直线传播的 接着逐渐缩小缝的宽度 当缝调 到很窄 缝宽与光波的波长相当时 在像屏的原阴影区内观察到了明暗相间的条纹 这实验表明光在其前进的途中遇上大小相当于光的波长的障碍物或孔时 偏离了直线 传播方向 即光产生了衍射现象 上述衍射现象是通过单缝形成的 我们称之为光的单缝 衍射 单色光的干涉与衍射都出现明暗相间的条纹 但图案不同 干涉条纹是等间隔的 衍 射条纹间隔不等
7、 白光照射单缝时 可以在像屏上得到彩色条纹 它与双缝干涉的彩色条 纹也不同 中央一级是又亮又宽的白色条纹 两边是较窄较暗的彩色条纹 用点光源来照射有较大圆孔 AB 的屏 在像屏 MN 上出现一个光亮的圆 这说明光是沿直线传播的 逐渐缩小孔的直径 可以看到屏上的亮圆也逐渐减小 但 是 圆孔缩到很小时 在像屏 MN 上原阴影区就形成一些明暗相间的圆环 这些圆环达到 的范围远远超过了光按直线传播所能照到的范围 这就是光通过小孔产生的衍射现象 光的衍射现象进一步证明了光具有波动性 对确定光的波动说的正确性起了重要作 用 高二物理 第二学期 新课预习 第十五周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 6
8、 8 2 光产生明显衍射的条件 当障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比或比光的波长小时 衍射现象十分明显 3 衍射光栅 单缝衍射的条纹比较宽 而且距离中央亮条纹较远的条纹 亮度也很 低 因此 无论从测量的精确度 还是从可分辨的程度上说 单缝衍射都不能达到实用要 求 实验表明 如果增加狭缝的个数 衍射条纹的宽度将变窄 亮度将增加 光学仪器中 用的衍射光栅就是据此制成的 三 光的偏振 三 光的偏振 1 偏振现象 绳波是横波 如果在它的传播方向上放上带有狭缝的木板 只要狭缝的方向跟绳的振 动方向相同 绳上的横波就可以毫无阻碍地传过去 如果把狭缝的方向旋转 90 绳上的 横波就不能通过了 这种现象叫偏振
9、 横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时 偏于某个特定方向的现象纵波只能沿着 波的传播方向振动 所以不可能有偏振 2 演示光的偏振现象 自然光 从普通光源直接发生的天然光是无数偏振光的无规则集合 所以直接观察时 不能发现光强偏于一定方向 这种沿着各个方向振动的光波的强度都相同的光叫自然光 太阳 电灯等普通光源发出的光 包含着在垂直于传播方向的平面内沿一切方向振动的 光 而且沿着各个方向振动的光波强度都相同 这种光都是自然光 让太阳光或灯光通过一块用晶体薄片作成的偏振片 P 在 P 的另一侧观察 可以看到 它是透明的 以入射光线为轴旋转偏振片 P 这时看到透射光的强度并不发生变化 再取一块同样的
10、偏振片 Q 放在偏振片 Q 的后面 通过它去观察从偏振片 P 透射过来 的光 就会发现 从偏振片 P 透射过来的光的强度跟两偏振片 P Q 的相对方向有关 把晶片 P 固定 以入射光线为轴旋转偏振片 Q 时 从 Q 透射过来的光的强度发生周 期性的变化 当 P 与 Q 的透振方向平行时 透射光的强度最大 当 P 与 Q 的透振方向垂直时 透 射光的强度最弱 几乎等于零 把上述的光现象跟机械波的偏振现象比较 表明光通过偏 振片时产生偏振现象 由此确定光波是横波 自然光通过第一个偏振片 P 叫起偏器 后 相当于被一个 狭缝 卡了一下 只有振 动方向跟 狭缝 方向平行的光波才能通过 自然光通过偏振片
11、 P 后虽然变成了偏振光 但 由于自然光中沿各个方向振动的光波强度都相同 所以不论晶片转到什么方向 都会有相 同强度的光透射过来 再通过第二个偏振片 Q 叫检偏器 去观察就不同了 不论旋转哪 高二物理 第二学期 新课预习 第十五周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 7 8 个偏振片 两偏振片透振方向平行时 透射光最强 两偏振片的透振方向垂直时 透射光 最弱 光的偏振现象并不是罕见的 我们通常看到的绝大部分光 除了从光源直接射过来 的 基本上都不是自然光 只是我们的眼睛不能鉴别罢了 如果用偏振片去观察从玻璃或 水面上反射的光 旋转偏振片发现透射光的强度也发生周期性的变化 从而知道反射光是
12、偏振光 3 光的偏振的应用 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 摄出的照片也不清楚 如果在照相机镜头上加一个偏振片 使偏振片的透振方向与 反射光的偏振方向垂直 就可以把这些反射光滤掉 而摄得清晰的照片 此外 还有立体 电影 消除车灯眩光等等 例题 1 例题 1 在用白光做双缝的实验时 除了中心的一个亮条纹外 在其它各级亮条纹 中 红色为什么总是在最外侧 分析与解答 分析与解答 红色光波长最长 形成的亮条纹宽度最大 因而总在外侧 例题 2 例题 2 下图中四图表示一束白光
13、通过三棱镜的光路图 其中正确的是 高二物理 第二学期 新课预习 第十五周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 8 8 分析与解答 分析与解答 因为光在棱镜的两个侧面上发生折射 每次折射都向底边偏折 并且玻璃对不同单色光 的折射率不同 不同单色光在同一侧面的偏折角就不同 答案 D 例题 3 例题 3 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黑相间的直条纹 B 白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 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 分析与解答 分析与解答 单色光照到狭缝上产生的衍射图样是
14、明暗相间的直条纹 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线很模糊 正是光的衍射造成的 不能认为不存在衍 射现象 综合以上分析 选项 A C 正确 例题 4 例题 4 红光和紫光相比 A 在真空中传播时 紫光的速度比较大 B 在玻璃中传播时 红光的速度比较大 C 玻璃对红光的折射率较紫光大 D 从玻璃到空气的界面上 红光的临界角较紫光大 分析与解答 分析与解答 因为各种色光在真空中的传播速度都为 3 10 8 m s 所以 A 错误 因为玻璃对红光 的折射率较玻璃对紫光的折射率小 根据 得红光在玻
15、璃中的传播速度比紫光大 所 以 B 正确 C 错误 根据公式 得 红光的临界角比紫光的临界角大 故 D 正 确 所以选择 B D 例题 5 例题 5 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 分析与解答 分析与解答 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 光强度达到最大 当其中一个偏振片转动 180 度
16、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 选项 A 正确 高二物理 第二学期 巩固练习 第十五周 天津市立思辰网络教育有限公司 版权所有 3 7 1 关于衍射的下列说法中正确的是 A 衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果 B 从双缝干涉中也存在折射现象 C 一切波都很容易发生明显的衍射现象 D 影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 2 用薄玻璃片制成一个密闭而中空的三棱镜放入水中 当一束白光从其一个侧面斜 射入并通过三棱镜时 下述正确的是 A 各色光都向底面偏折 B 各色光都向顶角偏折 C 紫光的偏向角比红光大 D 紫光的偏向角比红光小 3 用游标卡尺观察单缝衍射现象时 把缝宽由 0 2mm 逐渐增大到 0 8mm 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 只是亮度增强了 D 以上现象都不会发生 4 太阳光照射下肥皂膜呈现的彩色 瀑布在阳光下呈现的彩虹以及通过狭缝观察发 光的日光灯时看到的彩色条纹 这些现象分别属于 A 光的干涉 色散和衍射现象 B
