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1、,第十三章,光,学案4光的衍射光的偏振,目标定位,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,了解衍射光栅. 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.,知识探究,自我检测,一、光的衍射,问题设计,唐代诗人王维的诗句:“空山不见人,但闻人语响”这种“闻其声而不见其人”的物理现象.这种现象是如何形成的呢?为什么声波容易发生衍射现象而光波不容易发生衍射现象呢?,知识探究,答案诗句中描写的是声波的衍射现象. 声波的波长较大,与日常生活中的物体可以相比,很容易发生明显衍射现象,故可以隔着障碍物“闻其
2、声”,但光的波长远小于日常生活中物体的尺寸,光在障碍物后形成阴影,故有“不见其人”的现象.,要点提炼,1.光沿直线传播只是一种特殊情况,各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓 ,出现明暗相间的条纹. 2.光产生明显衍射现象的条件 在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.,模糊不清,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 ,各条纹间距 ;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
3、为 .,亮而宽,变窄,减弱,宽,大,宽,大,白色亮纹,彩色条纹,(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.,不等距,低,白色,彩色,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. 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
4、度 .,等宽,等距离,变窄,增加,二、单缝衍射与双缝干涉的比较,问题设计,单缝衍射和双缝干涉得到的都是明暗相间的条纹,如何区别它们? 答案它们的主要区别是:单缝衍射的条纹宽度不等,中央最宽,条纹间距不等;双缝干涉的条纹宽度相等,条纹间距相等.,要点提炼,单缝衍射与双缝干涉的比较 1.不同点,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.,三、偏振现象,问题设计,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
5、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?,图1,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.,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?
6、,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.,要点提炼,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.,传播方向,一切,强度,(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. 2.偏振
7、片和透振方向 偏振片由特定的材料制成,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”.,沿着某个特定,的方向振动,偏振光,偏振光,偏振,这个方向,3.光的偏振现象表明光是一种 波. 4.偏振现象的应用 (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 进入镜头. (2)电子表液晶显示屏:在两块透振方向垂直的偏振片中插入一个液晶盒,可以控制光线显示数字.,横,反射光,典例精析,一、对光的衍射的理解,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
8、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.以上现象都不会发生,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,现象相反,故选项A正确,B、C、D错误. 答案A,二、单缝衍射与双缝干涉的比较,例2如图3所示的4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(黑色部分表示亮纹).则在下面的四幅图中从左到右排列,亮条纹的颜色依次是(),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
9、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;又由于黄光波长大于紫光波长,故第四幅图为黄光的衍射图样,第二幅为紫光的衍射图样. 答案B,三、对光的偏振的理解,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,当P旋转时,B点的光的强度有变化,
10、选项C正确. 答案C,例4一段时间以来,“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬,奶粉中碳水化合物(糖)含量是一个重要指标,可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度,从而鉴定含糖量. 偏振光通过糖的水溶液后,偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度,这一角度称为“旋光度”,的值只与糖溶液的浓度有关,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5所示,S是自然光源,A、B是偏振片,转动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处光强度最大,偏振片 B转过的角
11、度等于 D.将偏振片A转动一个角度,使得O处光强度最大,偏振 片A转过的角度等于,图5,解析因为A、B的偏振方向一致,故A、B间不放糖溶液时,自然光通过偏振片A后,变成偏振光,通过B后到达O.当在A、B间放糖溶液,由于溶液的旋光作用,使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度,不能再通过B,A对,B错. 但当B转过一个角度,恰好使偏振片方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时,O处光强为最强,故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度.所以C对.同理D也对. 答案ACD,课堂要点小结,1,2,3,4,1.(对光的衍射的理解)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
12、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,说明光沿着直线传播, 不存在光的衍射,自我检测,1,2,3,4,解析单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹,白光的衍射图样是彩色条纹.光照到不透明小圆盘上,在其阴影中心处出现亮点,即泊松亮斑,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,1,2,3,4,2.(单缝衍射与双缝干涉的比较)如图6所示为红光和紫光通过相同的双缝和单缝所呈现的图样,则(),图6,A.甲为紫光的干涉图样
13、 B.乙为紫光的干涉图样 C.丙为红光的干涉图样 D.丁为红光的干涉图样,1,2,3,4,解析干涉条纹平行、等宽、等间距,选项C、D错误.,干涉图样为明暗相间的条纹,且条纹间距为x ,光的波长越长,条纹间距越大,紫光的波长短,因而紫光干涉图样的条纹间距小.故正确选项为B.,答案B,1,2,3,4,3.(对光的偏振的理解)如图7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7,1,2,3,4,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
14、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 为零,1,2,3,4,解析当A、B两偏振片的透振方向平行时,光屏C上的光强度最大;当二者透振方向垂直时,光屏C上的光强度最弱,几乎为零.由此可知A、C选项正确. 答案AC,1,2,3,4,4.(光的偏振的应用)在拍摄日落时分水面下的景物时,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,1,2,3,4,解析让偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直,减弱进入镜头的反射光,使水下景物的像清晰. 答案A,