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第5节光的衍射第6节光的偏振学习目标素养提炼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.物理观念：光的衍射现象、光的偏振现象、偏振光科学思维：明显衍射现象的条件、偏振光的获得科学态度与责任：衍射现象及偏振现象的应用01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、光的衍射1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了____________的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现____________的现象．2．衍射图象：衍射时产生的____________或光环．3．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________最亮，其余条纹变________变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现________条纹，中央为________条纹．直线传播暗条纹或暗斑明暗条纹明暗亮宽窄彩色白4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现________相间的圆环．5．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____________．6．衍射光栅(1)结构由许多________的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．(2)衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度________，亮度________．明暗亮斑泊松亮斑等宽变窄增加[判断正误](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)用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹．()(4)衍射光栅的图样与单缝衍射相比，衍射条纹的亮度增加，宽度变宽．()××√×二、光的偏振1．偏振现象(1)自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿________________的光，而且沿各个方向振动的光波的________都相同，这样的光叫作自然光．(2)偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着偏振片的________方向，即在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动，这样的光称为偏振光．自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是________光，入射角变化时偏振的程度也有所变化．(3)只有横波才有偏振现象．一切方向振动强度透振偏振2．偏振现象在生产生活中的应用(1)摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振片，让它的透射方向与反射光的偏振方向________，阻挡了反射光进入镜头．(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向互相________的偏振片当中插进一个液晶盒，液晶具有各向异性的属性，特别是对偏振光经过液晶时，其振动方向会旋转90°，利用这种特性控制光通过或不通过，从而显示数字的形状．垂直垂直[思考]看过立体电影的人都会知道，看立体电影时需要戴一副特制的眼镜．你知道这是为什么吗？特制的眼镜又有什么作用呢？提示：这一切都跟偏振光有关．立体电影拍摄时是利用偏振光，放映时也是偏振光，戴的眼镜是偏振片.要点一三种衍射图样特点的比较[探究导入](1)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？提示：大约0.4mm时会出现条纹．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．(2)如图所示，光照在带圆孔的挡板AB上，当挡板AB上的圆孔逐渐减小时，光屏上会出现什么现象？提示：当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图甲所示的情形，无明显的衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图乙所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．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，条纹间距越小．(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．(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)、完全黑暗．3．不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)(1)中央是亮斑．(2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小，而且背景是明亮的，如图所示．[易错提醒]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，衍射现象只有明显不明显之分，无发生不发生之别.[典例1]某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样．据此可以判断出()A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大[思路点拨]掌握圆孔衍射图样与圆板衍射图样的区别是解题的关键．[解析]圆孔衍射图样是中央为大亮斑，而在圆板衍射图样中，中央为大阴影，只是在大阴影背景下中心处有一个小亮斑，此即为泊松亮斑．所以，图甲为圆孔衍射，图乙为圆板衍射．[答案]A[规律总结]理解并牢记各种衍射图样的特征(1)对于单缝衍射条纹的特征用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”．其中“中白边彩”只适合于白光光源．(2)各种衍射图样的形状不同，但图样的分布规律、影响因素都是类似的．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，本题的调整是将缝调宽，现象向相反的方向发展，故选项A正确，选项B、C、D错误．答案：A2．如图，当用光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，这是光的________(选填“干涉”“衍射”或“直线传播”)现象，这一实验支持了光的________(选填“波动说”“微粒说”或“光子说”)．解析：光束照射圆盘，中心形成的亮斑，说明激光绕过了圆盘，所以现象应是衍射，证实了激光具有波动性．答案：衍射波动说要点二单缝衍射与双缝干涉的比较[探究导入]一束红光射向一块有双缝的不透光薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹，如图甲所示，现在将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到如图乙所示的明暗相间的条纹．观察两种条纹有哪些不同，为什么会出现两种不同的条纹？甲乙提示：不同点：图甲的条纹是等间距的，各条纹的亮度差别较小，条纹条数较多．图乙的条纹不等间距，中央条纹亮而宽，两侧条纹较暗较窄，对称分布．原因：这束红光通过双缝时，产生了干涉现象，干涉图样如图甲；而这束红光通过单缝时形成图乙的衍射图样．1．单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够窄，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，两边最暗条纹清晰，亮度基本相等相同点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2.对单缝衍射和双缝干涉的三点提醒(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)光波的波长变大，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，可认为是各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加．[典例2]如图所示的4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[思路点拨]双缝干涉与单缝衍射相比较，两者的条纹宽度有什么不同？光的波长与条纹宽度间关系如何？[解析]双缝干涉条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的条纹，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．单缝衍射条纹，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，4是黄光．[答案]B[方法技巧]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，两侧的亮条纹逐渐变窄．(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．3．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．答案：D4．单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象，在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹()A．干涉、衍射条纹间距都是均匀的B．干涉、衍射条纹间距都是不均匀的C．干涉条纹间距不均匀，衍射条纹间距均匀D．干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀解析：干涉条纹间距相同，而衍射条纹间距不均匀，中央亮条纹最宽，D正确．答案：D要点三自然光和偏振光的比较[探究导入]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？提示：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．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)[易错提醒]1只有横波才能发生偏振现象，光是横波.2偏振片的透振方向与光的振动方向既不平行又不垂直时有部分光透过.[典例3](多选)如图所示，a是一偏振片，a的透振方向为竖直方向．下