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1、第十三章 5光的衍射6光的偏振 学习目标1 知道光的衍射现象 知道产生明显衍射现象的条件 2 知道衍射条纹的特点 会区分衍射条纹和干涉条纹 3 知道光的偏振现象 知道光是横波 4 知道偏振光和自然光的区别 能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 光的衍射 让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上 逐渐减小两个卡脚之间的距离 使缝越来越小 观察照在屏幕上光斑现象的变化 缝宽大约多大时屏幕上出现条纹 缝间距变小时 条纹有什么变化 用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔 用眼睛通过小孔观察太阳光 会观察到什么现象 答案 答案大约0 4mm时会
2、出现条纹 当缝间距变小时 屏幕上条纹间距逐渐变宽 但亮度逐渐减弱 会观察到中央为亮圆 周围为彩色的圆环 对光的衍射的认识1 光的衍射当光照射到孔或障碍物上时 光 的现象 叫做光的衍射现象 2 光产生明显衍射现象的条件当障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长 甚至比光的波长的时候 就会产生明显的衍射现象 离开直线路径绕到孔或障碍物的阴影里去 相比 还小 3 衍射图样的特点 1 单缝衍射图样的特点 中央条纹 两侧亮条纹具有对称性 亮条纹宽度逐渐 亮度逐渐 光的波长一定时 单缝窄的中央条纹 条纹间距 单缝不变时 光波波长大的中央条纹 条纹间距 白光的单缝衍射条纹是中央为 两侧为 亮而宽 变窄 减弱 宽 大
3、 大 白色亮条纹 彩色条纹 宽 2 圆孔衍射图样的特点 单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度高 外面是明暗相间的 填 等距 或 不等距 的圆环 越向外 亮环亮度越 白光的圆孔衍射图样中央亮圆为 周围是圆环 3 泊松亮斑 障碍物的衍射现象 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 图样特点 中央是一个亮斑 圆板阴影的边缘模糊 阴影外边有明暗相间的圆环 不等距 白色 低 彩色 亮斑 4 衍射光栅是由许多的狭缝地排列起来形成的光学元件 由衍射光栅得到的衍射图样与单缝衍射相比 衍射条纹的宽度 亮度 等宽 等距离 变窄 增加 判断下列说法的正误 1 光的衍射现
4、象完全否定了光的直线传播结论 2 光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据 3 衍射条纹图样是光波相互叠加的结果 4 平时很难观察到光的衍射现象是因为一般的障碍物或缝比光波的波长大很多的缘故 5 白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 6 光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑 说明发生了衍射 7 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 二 光的偏振 1 取一根软绳 一端固定在墙上 手持另一端上下抖动 软绳上形成一列横波 质点在竖直平面内沿着上下方向振动 如果手持绳的一端左右抖动 会在绳上形成另一列横波 质点在水平面内沿着左右方向振动 现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板 分别将狭
5、缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置 观察发生的现象 如图1甲 乙所示 如果将这根软绳换成细软的弹簧 前后推动弹簧形成纵波 观察发生的现象 如图丙所示 这两种现象说明什么 答案 图2 答案当机械波是横波时 若质点的振动方向与狭缝平行 则机械波能透过狭缝传播 反之则不能透过狭缝传播 对纵波而言 不管什么情况 纵波总能透过狭缝传播 答案 2 如图2所示 取一个偏振片P 让阳光通过偏振片P 在P的另一侧观察 可以看到偏振片是透明的 在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q 以光的传播方向为轴旋转偏振片Q 会看到什么现象 这说明什么 图2 答案会看到在旋转Q时光的亮度发生变化 偏振片的作用类似于导学探
6、究1中狭缝的作用 只有振动方向与透振方向一致的光才能通过 当偏振片Q与P的透振方向平行时 穿过Q的光最强 当Q与P的透振方向垂直时 光不能透过Q 对偏振现象的认识1 自然光和偏振光 1 自然光 太阳 电灯等普通光源发出的光 包含着在垂直于 上沿方向振动的光 而且沿着各个方向振动的光波的都相同 这种光叫自然光 2 偏振光 在垂直于传播方向的平面上 的光叫偏振光 平时看到的绝大部分光 都是不同程度的 自然光在玻璃 水面 木质桌面等表面反射时 反射光和折射光都是 入射角变化时的程度也有变化 传播方向 一切 强度 沿着某个特定的方向振动 偏振光 偏振光 偏振 2 偏振片和透振方向偏振片由特定的材料制成
7、 每个偏振片都有一个特定的方向 只有沿着振动的光波才能顺利通过偏振片 这个方向叫做 透振方向 3 光的偏振现象表明光是一种波 这个方向 横 判断下列说法的正误 1 偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同 2 自然光通过偏振片后成为偏振光 3 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 4 如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直 偏振光不能透过偏振片 5 光的偏振现象说明光是一种纵波 6 自然界不存在偏振光 自然光只有通过偏振片才能变为偏振光 题型探究 一 光的衍射 1 衍射现象是否明显方面 入射光波长越大 障碍物 小孔和狭缝的尺寸越小 衍射现象越明显 2 衍射条纹的亮度
8、方面 小孔和狭缝的尺寸越小 衍射条纹的亮度越小 例1对于单缝衍射现象 下列说法正确的是A 缝的宽度d越小 衍射条纹越亮B 缝的宽度d越小 衍射现象越明显C 缝的宽度d越小 光的传播路线越接近直线D 入射光的波长越短 衍射现象越明显 解析 答案 解析单缝宽度越小 衍射条纹的亮度越小 选项A错 入射光的波长越长 单缝宽度越小 衍射现象越明显 选项B对 D错 缝的宽度d越小 光没有沿直线传播 而是绕过了缝的边缘 传播到相当宽的地方 C错 针对训练1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
9、越来越明显C 衍射条纹的间距不变 只是亮度增强D 以上现象都不会发生 解析 答案 解析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 本题是将缝调宽 现象向相反的方向变化 故选项A正确 B C D错误 1 不同点 二 单缝衍射与双缝干涉的比较 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所示的四幅明暗相间的条纹 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 黑色部分表示亮条纹 则在下面的四幅图中从左到右排列 亮条纹的颜
10、色依次是 解析 答案 图3 A 红黄蓝紫B 红紫蓝黄C 蓝紫红黄D 蓝黄红紫 解析双缝干涉条纹平行等距 且波长越大 条纹间距越大 而红光波长大于蓝光波长 故第一幅图为红光 第三幅图为蓝光 又由于黄光波长比紫光波长大 故第四幅图为黄光的衍射图样 第二幅图为紫光的衍射图样 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 针对训练2关于光的干涉和衍射现象 下列说法正确的是A
11、 光的干涉现象遵循波的叠加原理 衍射现象不遵循波的叠加原理B 光的干涉条纹是彩色的 衍射条纹是黑白相间的C 光的干涉现象说明光具有波动性 光的衍射现象不能说明这一点D 光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果 解析 答案 解析光的干涉现象和光的衍射现象都是波的特有现象 都是光波叠加的结果 白光的干涉条纹是彩色的 白光的衍射条纹也是彩色的 只是条纹间距特点及亮度特点不同而已 1 当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时 透射的光最强 当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时 光不能穿过偏振片 2 当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时 则仍会有部分光透过偏振片 只是透过的光的强度
12、介于平行和垂直两种情况之间 三 光的偏振 例3两个偏振片紧靠在一起 将它们放在一盏灯前面 有光通过 如果将其中一片旋转180 在旋转过程中可能会产生哪种现象A 透过偏振片的光强先增强 然后又减小到零B 透过偏振片的光强先增强 然后减小到非零的最小值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 解析 答案 解析旋转其中一个偏振片时 根据两个偏振片的透振方向平行时光强最强 透振方向垂直时光强最弱的原则 可知旋转其中一个偏振片时 光强的变化可能出现先增强 再减弱 然后又增强的现象 也可能出现先减弱 后增强 再减弱的现象 达标检测 1 多选 在单缝衍射实验中 下
13、列说法正确的是A 其他条件不变 将入射光由黄色换成绿色 衍射条纹间距变窄B 其他条件不变 使单缝宽度变小 衍射条纹间距变窄C 其他条件不变 换用波长较长的光照射 衍射条纹间距变宽D 其他条件不变 增大单缝到屏的距离 衍射条纹间距变宽 答案 1 2 3 4 解析 1 2 3 4 解析当单缝宽度一定时 波长越长 衍射现象越明显 条纹间距也越大 黄光波长大于绿光波长 所以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 衍射条纹间距会变宽 B错误 当光的波长一定 单缝宽度也一定时 增大单缝到屏的距离 衍射条纹间距会变宽 D正确 2 可见光在空气中波长范围是4 4 10 4mm到7 7 10
14、 4mm 下面关于光衍射条件的说法正确的是A 游标卡尺两脚间的狭缝的宽度小到万分之几毫米以下时 才能观察到明显的衍射现象B 游标卡尺两脚间的狭缝的宽度小到0 4mm以下时 通过它观察到线状白炽灯丝 有明显的衍射现象C 游标卡尺两脚间的狭缝的宽度小到0 2mm以下时 通过它观察各种光源 都能看到明显的衍射现象D 光的衍射条件 跟光的波长可以相比 是非常严格的 即只有孔或障碍物的尺寸跟波长差不多时才能观察到光的衍射 解析 答案 1 2 3 4 解析实验证明 游标卡尺两脚间的狭缝小到0 4mm以下时 通过它观察线状白炽灯丝 有明显的衍射现象 而当狭缝过小时 因通过的光线太暗 无法看到明显的衍射现象
15、而狭缝太大 因不满足衍射条件而无明显衍射现象 正确选项为B 1 2 3 4 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会最弱 几乎为零C 将A或B绕OO 轴旋转90 屏上透射光的强度最弱 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 答案 解析 1 2 3 4 3 多选 如图4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 图4 1 2 3 4 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 4 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影像更清晰D 通过手指间的缝隙观察日光灯 可以看到彩色条纹 答案 解析 1 2 3 4 1 2 3 4 解析通过手指间的缝隙观察日光灯看到彩色条纹是由于光的衍射形成的 与偏振无关 应选D 本课结束 更多精彩内容请登录
