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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.课前预习感悟新知教材探究知识点一光的衍射[问题导学]取3块不透光的板,在每块板的中间各开1个圆孔,3块板所开的圆孔大小不一.先用点光源照射圆孔最大的那块板,在屏上会出现一个明亮的圆形光斑图a;再换上圆孔中等的那块板,在屏上会出现图b;最后用圆孔最小(直径约为1mm)的那块板,在屏上会出现图c.(1)屏上图b产生了什么现象?(2)比较屏上图b和图c,说明了什么?答案:(1)光在屏上照亮的范围大于光沿直线传播应照亮的范围,说明光没有沿直线传播,即出现光的衍射现象.(2)图c中圆孔更小,光照亮屏上的范围更大,说明小孔越小,衍射现象越明显.[知识梳理]1.衍射现象:光通过很窄的缝或很小的孔时,光没有沿传播,它了缝或孔的边缘,传播到了相当宽的地方,即光绕过了障碍物.2.衍射条纹的特点:是一些的条纹,最宽、最亮,离中央条纹越远,亮条纹的越小,越低.3.发生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸可以跟相比,甚至比光的波长还小.4.衍射光栅(1)结构:由许多的狭缝地排列起来形成的光学元件.(2)衍射图样的特点:与单缝衍射相比,衍射条纹的变窄,亮度增加.直线绕过明暗相间中央条纹宽度亮度光的波长等宽等距离宽度知识点二光的偏振[问题导学]取一个偏振片P,让太阳光通过偏振片P,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?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.[知识梳理]1.偏振现象(1)横波与纵波:在纵波中,各点的振动方向总与波的传播方向在_______上;在横波中,各点的振动方向总与波的传播方向.(2)自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都.(3)偏振光:在垂直于传播方向的平面上,沿着振动的光.2.偏振现象的应用在照相机镜头前装一片、电子表的液晶显示等.同一直线垂直垂直相同某个特定的方向偏振滤光片思考判断1.衍射和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的.()2.只有波长长的光才发生明显的衍射现象.()3.我们在观察小的物体时,轮廓模糊不清.()4.横波和纵波都能产生偏振现象.()5.自然光通过偏振片可以获得偏振光.()6.起偏器和检偏器都是偏振器.()××√×√√要点一衍射图样的比较课堂探究突破要点1.单缝衍射图样的特点(1)中央条纹最亮、越向两边越暗,条纹间距不等;中央条纹最宽,越靠外,条纹间距越窄.(2)缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮纹的亮度降低.(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.入射光波长越长,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❶,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(1)圆孔衍射如图(甲)所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图(乙)所示的情形,无明显的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图(丙)所示的衍射图样,出现明暗相间的圆环.(2)圆孔衍射的图样特征①单色光的圆孔衍射图样:中央亮圆的亮度大,外面是明暗相间的不等距的圆环.越向外,圆(亮)环亮度越低.②白光的圆孔衍射图样:中央亮圆为白色,周围是彩色圆环.3.圆板衍射(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓的边缘模糊不清,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.(2)形成泊松亮斑时,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❷.状元心得❶白光的衍射或干涉图样,可认为是各单色光单独衍射或干涉所形成的图样的叠加.❷圆孔衍射与圆板衍射的区别1)圆孔衍射图样中心亮斑较大,而圆板衍射的泊松亮斑较小.2)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.B考查角度1:对衍射图样的理解[例1]如图所示的四个图形中,属于是著名的泊松亮斑的衍射图样的是()解析:泊松亮斑的图样特点为中心是一个亮点,亮点周围有一个大的阴影区,然后才是明暗相间的条纹,故B正确.方法总结(1)衍射现象是否明显: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:小孔和狭缝的尺寸越小,衍射条纹的亮度越小.[针对训练1](多选)在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中,下列说法正确的是()A.缝越窄,衍射现象越明显B.缝越宽,衍射现象越明显C.照射光的波长越长,衍射现象越明显D.照射光的频率越高,衍射现象越明显解析:单缝越窄,衍射现象越明显,条纹间距越大.波长越长,衍射现象越明显,条纹间距越大.故选项A,C正确.AC考查角度2:单缝衍射和双缝干涉的比较[例2]某同学使用激光器作光源,在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝,进行光的衍射实验,如图所示,则他在光屏上看到的条纹是()B解析:单缝衍射条纹中间宽,两侧越来越窄,又由于单缝是水平的,故衍射条纹也是水平的,B对.方法总结单缝衍射与双缝干涉的比较名称项目单缝衍射双缝干涉产生条件只要狭缝足够小,任何光都能发生频率相同的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等,中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮,两边变暗条纹清晰,亮度基本相等成因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意义都是波特有的现象,表明光是一种波[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.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D解析:光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象,都是光波叠加的结果,光的干涉条纹是彩色的,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.故A,B,C错误,D正确.要点二自然光和偏振光1.偏振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,只有沿着某个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片,这个方向叫做“透振方向”.2.光的偏振现象的意义光的偏振现象表明光是横波.3.自然光与偏振光的比较自然光(非偏振光)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或由某种介质反射或折射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)相同点不管是自然光还是偏振光,传播方向与振动方向一定垂直[例3](多选)如图,人眼隔着偏振片B和A去看一个电灯泡S,一束透射光都看不到,那么,以下说法中正确的是()A.使A和B同时转过90°,仍然一束光都看不到B.单使B转过90°过程中,看到光先变亮再变暗C.单使B转过90°过程中,看到光逐渐变亮D.单使A转动时,始终看不到透射光AC解析:原来人眼隔着偏振片B、偏振片A去看一个电灯泡S,无法看到透射光.说明两个偏振片正好相垂直.故使A和B同时转过90°,仍不能看到透射光.单使B转过90°过程中,看到光逐渐变亮,单使A转动时,渐渐看到透射光.故A,C正确.规律方法对偏振光的理解要点(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光,透射光的偏振方向与偏振片的放置有关,但光的强度与偏振片的方向无关.(2)偏振光通过偏振片时,透射光的强度与偏振方向和偏振方向的夹角大小有关.[针对训练3](多选)如图所示,一玻璃柱体的横截面为半圆形,让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心),产生反射光束1和透射光束2.现保持入射光不变,将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动,使反射光束1和透射光束2恰好垂直.在入射光线的方向上加偏振片P,偏振片与入射光线垂直,其透振方向在纸面内,这时看到的现象是()A.反射光束1消失B.透射光束2消失C.反射光束1和透射光束2都消失D.偏振片P以入射光线为轴旋转90°角,透射光束2消失AD解析:自然光射到界面上,当反射光与折射光垂直时,反射光和折射光的偏振方向相互垂直,且反射光的偏振方向与纸面垂直,折射光的透振方向与纸面平行,因此当在入射光线方向垂直放上透振方向在纸面内的偏振片P时,因垂直于纸面无光;反射光束1消失,A正确,B,C均错误;偏振片转动90°,平行于纸面内的光消失,则透射光束2消失,D正确.随堂演练检测效果1.我们经常看到,凡路边施工处总挂有红色的电灯,这除了红色光容易引起人们的视觉反应外,还有一个重要的原因是()A.红光比其他色光更容易发生衍射B.红光比其他色光更容易发生干涉C.红光比其他可见光频率更大D.红光比其他可见光在玻璃中的折射率小A解析:红光的波长比其他色光长,更容易发生衍射现象.故A正确.2.“泊松亮斑”是下面的哪个图形()A解析:结合泊松亮斑的特点可知,光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆板或圆珠时,会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹,所以A是泊松亮斑,其他的三个都不是,故A正确.3.为了提高汽车夜间行车安全,有人提出设想:将汽车的挡风玻璃和车灯罩做成偏振片,使司机只看到自己车灯的光而看不见对面车灯发出的光,从而大大降低对面的车灯造成的视线模糊,以下关于光的偏振的说法正确的是()A.只有振动方向和透振方向一致的光才能透过偏振片B.光的振动方向指的是磁场方向C.光的偏振现象不可争议地证明了光是一种机械波D.泊松亮斑就是一种偏振现象A解析:根据光的偏振原理,当只有振动方向和透振方向一致的光,才能透过偏振片,故A正确;光的振动方向指的是横波的振动方向,与磁场方向无关,故B错误;光的偏振现象不可争议地证明了光是一种横波,不是机械波,故C错误;泊松亮斑现象是光的衍射,故D错误.4.如图所示,两光屏间放有两个偏振片,它们四者平行共轴,现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上,再使偏振片Q绕轴匀速转动一周,则光屏上光的亮度变化情况,下列说法中正确的是()A.光屏上光的亮度保持不变B.光屏上光的亮度会时亮时暗C.光屏上有两条与偏振片P,Q透振方向对应的亮线D.光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动B解析:太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上,再使偏振片Q绕轴匀速转动一周,当偏振片P与偏振片Q垂直时,光屏没有亮度,则光屏上光的亮度从亮到暗,再由暗到亮.不可能出现光的衍射现象,所以光屏上不可能有两条与偏振片P,Q透振方向对应的亮线,故A,C,D错误,B正确.[易错分析]——忘记偏振光的产生方式核心素养提升(教师备用)学长经验分享光的偏振现象说明光是横波.下列关于光的偏振特性的说法中不正确的是()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,反射光线与折射光线均成为程度不同的偏振光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景象更清晰D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹[错解]错选B.因忘记光由一种介质进入另一种介质时,反射光线和折射光线均是不同程度的偏振光而错选B.[正解]偏振光是因为光的振动具有方向性.当两个偏振片的偏振方向夹角增大时,透射光的强度减弱;一束自然光入射到两种介质的表面时,反射光线和折射光线均为程度不同的偏振光.在日落时分,由于反射光太强,偏振光强,加偏振片可以将反射的偏振光过滤,使景象清晰,通过手指间缝隙观察日光灯,看到彩色条纹是光的衍射现象,而不是偏振现象,所以D错误.答案:D