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第十三章光5光的衍射6光的偏振[学习目标]1.知道光的衍射现象，知道几种衍射现象的图样.2.理解光产生明显衍射的条件．(重点)3.知道光的偏振现象，知道偏振是横波特有的性质．(难点)4.知道偏振光和自然光，知道偏振光的应用．自主探新知预习一、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．直线传播暗条纹或暗斑2．衍射图样：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．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________．明暗亮斑泊松亮斑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____．等宽变窄增加二、光的偏振偏振现象只有沿偏振片的“____方向”振动的光波才能通过偏振片结论偏振现象表明光是一种____透振横波偏振光的形成(1)自然光通过______后得到偏振光(2)自然光在介质表面反射时，____光和____光都是偏振光偏振现象的应用(1)把偏振片装在照相机镜头前(2)电子表的液晶显示偏振片反射折射1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(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)凡是波都有偏振现象．()(5)反射可以引起自然光的偏振．()××√×√2．在单缝衍射实验中，下列说法正确的是()A．将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽E．条纹间距与单缝到屏的距离无关ACD[当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大，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，条纹间距越大，B错误；光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，D正确，E错误．]3.对于光的偏振，下列说法正确的是()A．自然光是偏振光B．自然光通过偏振片后成为偏振光C．偏振光不能再通过偏振片D．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E．偏振现象表明光是横波BDE[自然光在垂直于传播方向的所有方向上都存在光振动，不是偏振光，A选项错误．自然光透过偏振片后的光振动方向只沿着偏振片的透振方向，故自然光透过偏振片后变为偏振光．只要偏振光的振动方向与偏振片的透振方向不垂直就能通过偏振片，当两者方向平行时，透射光强度最大，C选项错误．当两者方向垂直时，偏振光将不能通过偏振片，故D选项正确．偏振现象表明光是横波，E选项正确．]合作攻重难探究光的衍射1．产生明显衍射的条件障碍物的尺寸可以跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射．对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显．由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多．2．三种不同的衍射现象及特点(1)单缝衍射．①现象：如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象．②单缝衍射图样的四个特点：a．中央条纹亮而宽；b．两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱；c．波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大，单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大；d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色．(2)圆孔衍射．①现象：圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图乙中a所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙中b所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环．甲乙②圆孔衍射图样的两个特点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，亮环亮度越低．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象．①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清．若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙中c所示．②障碍物的衍射图样的特点．圆形阴影中心有一亮斑，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．与小孔衍射图样有明显区别．【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，衍射条纹越暗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E．入射光的波长越长，衍射现象越明显ABE[单缝宽度越小，衍射条纹的亮度越小，选项A对；入射光的波长越长，单缝宽度越小，衍射现象越明显，选项B、E对，选项C、D错．]对衍射现象的理解(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)衍射条纹的亮度方面：小孔和狭缝的尺寸越小，衍射条纹的亮度越小．1．用单色光分别通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图样，它们的特点是()A．用前者做实验时中央是暗的，用后者做实验时中央是亮的B．用前者做实验时中央是亮的，用后者做实验时中央是暗的C．中央均为亮点的同心圆形条纹D．中央均为暗点的同心圆形条纹C[前者为障碍物小圆盘的衍射，障碍物后的阴影中央是一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，是光绕过盘的边缘后在中央叠加后形成的，在亮斑的周围有一个大的影区，在影区的边沿有明暗相间的圆环．圆孔衍射形成的图样是明暗相间的同心圆环，中央是明亮的．]单缝衍射和双缝干涉的比较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不同点亮度中央条纹最亮，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相同点意义都是波特有的现象，表明光是一种波【例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．光的干涉和衍射现象都遵循波的叠加原理C．光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的D．光的干涉和衍射现象现象都说明光具有波动性E．光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果BDE[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，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，故B、D、E正确．]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．2．如图甲、乙所示，是单色光通过窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样________为单缝衍射的图样，________为双缝干涉的图样．[解析]甲图中的条纹宽度不等，中央宽，两侧窄，应为单缝衍射图样．乙图中的条纹等宽等距，应为双缝干涉图样．【答案】甲乙光的偏振1．横波、纵波的判断方法直接看质点的振动方向与传播方向的关系．若互相垂直为横波；若在同一直线上为纵波．这种方法适用于看得见质点振动方向的机械波．2．偏振片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，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做透振方向．偏振片对光波的作用就像狭缝对机械波的作用一样．3．自然光和偏振光的比较自然光偏振光成因从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光振动方向在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动在垂直于传播方向的平面内，并且只有一个振动方向经偏振片后现象比较经偏振片后现象比较如上图所示，通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，转动偏振片，偏振光的亮度不变，但偏振方向随之变化如上图所示，偏振光经偏振片后，若偏振方向与透振方向平行，屏亮；若垂直，则屏暗；若介于两者之间，则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗【例3】在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏，如图所示，则下列说法不正确的是()A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱E．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度消失ACE[P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱，故选ACE.]对偏振光的理解(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，透光的强度与偏振方向和偏振方向的夹角大小有关．3．(单选)如图所示，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()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C[白炽灯光是自然光，包含各个方向的光，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，此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q，因此在旋转P时B点的光强有变化，选项C正确．]课堂小结知识脉络1.光的衍射及产生明显衍射的条件．2．用衍射知识对生活中的衍射现象进行解释．3．光的偏振现象说明光是一种横波．4．偏振光和自然光的区别，运用偏振知识，解释生活中一些常见的光学现象.