高二物理課件 13.5 《光的衍射》 13.6 光的偏振 （人教選修3-4）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 一 三種衍射圖樣的特點(diǎn)比較 1 單縫衍射圖樣 1 中央條紋最亮 越向兩邊越暗 條紋間距不等 越靠外 條紋間距越小 2 縫變窄通過(guò)的光變少 而光分布的范圍更寬 所以亮紋的亮度降低 3 中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長(zhǎng)及單縫寬度有關(guān) 入射光波長(zhǎng)越大 單縫越窄 中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大 4 用白光做單縫衍射時(shí) 中央亮條紋是白色的 兩邊是彩色條紋 中央亮條紋仍然最寬最亮 2 圓孔衍射圖樣 1 中央是大且亮的圓形亮斑 周?chē)植贾靼迪嚅g的同心圓環(huán) 且越靠外 圓形亮條紋的亮度越弱 寬度越小 如圖所示 2 圓孔越小 中央亮斑的直徑越大 同時(shí)亮度越弱 3 用不同色光照射圓孔時(shí) 得到的衍射圖樣的大小和位置不同 波長(zhǎng)越大 中央圓形亮斑的直徑越大 4 白光的圓孔衍射圖樣中 中央是大且亮的白色光斑 周?chē)遣噬膱A環(huán) 5 只有圓孔足夠小時(shí)才能得到明顯的衍射圖樣 在圓孔由較大直徑逐漸減小的過(guò)程中 光屏依次得到幾種不同的現(xiàn)象 圓形亮斑 光的直線(xiàn)傳播 光源的像 小孔成像 明暗相間的圓環(huán) 衍射圖樣 3 不透明的小圓板衍射圖樣 泊松亮斑 1 中央是亮斑 2 周?chē)牧镰h(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小 1 衍射是波所特有的現(xiàn)象 一切波均能發(fā)生衍射現(xiàn)象 2 光遇小孔 單縫或障礙物時(shí) 衍射現(xiàn)象只有明顯不明顯之分 無(wú)發(fā)生不發(fā)生之別 3 可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍 10 6 10 7m 因此光的衍射現(xiàn)象不易觀察到 典例1 2011 石家莊高二檢測(cè) 觀察單縫衍射現(xiàn)象時(shí) 把縫寬由0 2mm逐漸增大到0 8mm 看到的現(xiàn)象是 A 衍射條紋的間距逐漸變小 衍射現(xiàn)象逐漸不明顯B 衍射條紋的間距逐漸變大 衍射現(xiàn)象越來(lái)越明顯C 衍射條紋的間距不變 只是亮度增強(qiáng)D 以上現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生 解題指導(dǎo) 清楚發(fā)生明顯衍射的條件 衍射圖樣在單縫寬度變化時(shí)的變化規(guī)律 標(biāo)準(zhǔn)解答 選A 由單縫衍射實(shí)驗(yàn)的調(diào)整與觀察可知 狹縫寬度越小 衍射現(xiàn)象越明顯 衍射條紋越寬 條紋間距也越大 將縫調(diào)寬 現(xiàn)象向相反方向變化 故選項(xiàng)A正確 變式訓(xùn)練 某同學(xué)以線(xiàn)狀白熾燈為光源 利用游標(biāo)卡尺兩腳間形成的狹縫觀察光的衍射現(xiàn)象后 總結(jié)出以下幾點(diǎn) 你認(rèn)為錯(cuò)誤的是 A 若狹縫與白熾燈平行 衍射條紋與狹縫平行B 若狹縫與白熾燈垂直 衍射條紋與狹縫垂直C 衍射條紋的疏密程度與狹縫的寬度有關(guān)D 衍射條紋的間距與光的波長(zhǎng)有關(guān) 解析 選B 若狹縫與白熾燈平行 則衍射條紋與狹縫平行且現(xiàn)象明顯 衍射條紋的疏密程度與縫寬有關(guān) 狹縫越小 條紋越疏 條紋間距與波長(zhǎng)有關(guān) 波長(zhǎng)越長(zhǎng) 間距越大 若狹縫與白熾燈垂直 看到的是平行縫的衍射的亮點(diǎn)或較短的條紋 故選項(xiàng)B錯(cuò)誤 變式備選 用一單色光源垂直照射帶有圓孔的不透明光屏 下列幾種情況中 在圓孔后面的光屏上各看到什么現(xiàn)象 1 圓孔的直徑為1cm 2 圓孔的直徑為1mm 3 圓孔的直徑為0 5 m 解析 1 當(dāng)圓孔的直徑為1cm時(shí) 在光屏上只能看到與圓孔形狀相同的亮斑 這是光沿直線(xiàn)傳播的結(jié)果 2 當(dāng)圓孔的直徑為1mm時(shí) 在光屏上能看到單色光源倒立的像 這是小孔成像 也是光沿直線(xiàn)傳播的結(jié)果 3 當(dāng)圓孔的直徑為0 5 m時(shí) 在光屏上能看到衍射條紋 這是由于小孔的尺寸與光波波長(zhǎng)差不多 光發(fā)生衍射的結(jié)果 答案 1 亮斑 2 像 3 衍射條紋 二 單縫衍射與雙縫干涉的比較 1 單縫衍射可以理解為若干個(gè)光源的干涉 從而理解條紋相間排列 2 光波的波長(zhǎng)增大 衍射條紋 干涉條紋的寬度都變大 3 復(fù)色光的衍射或干涉圖樣 可認(rèn)為各單色光單獨(dú)衍射或干涉所成圖樣的疊加 典例2 2011 塘沽高二檢測(cè) 如圖所示的4幅明暗相間的條紋圖樣 分別是紅光 藍(lán)光各自通過(guò)同一個(gè)雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光 紫光各自通過(guò)同一個(gè)單縫形成的衍射圖樣 黑色部分表示亮紋 則下面的四幅圖從左到右排列 亮條紋的顏色依次是 解題指導(dǎo) 在分析干涉 衍射圖樣的區(qū)別時(shí) 主要注意圖樣條紋寬度的情況 若條紋寬度相等 則是干涉條紋 若中間條紋最寬 兩邊越來(lái)越窄 則是衍射條紋 分析光的顏色時(shí) 主要是看條紋的間距 波長(zhǎng)越長(zhǎng) 條紋越寬 間距越大 標(biāo)準(zhǔn)解答 選B 雙縫干涉條紋是等間距的條紋 單縫衍射條紋是中間最寬 兩邊越來(lái)越窄的條紋 因此1 3是干涉條紋 2 4是衍射條紋 干涉條紋中 光的波長(zhǎng)越長(zhǎng) 條紋越寬 因此1是紅光 3是藍(lán)光 同一單縫衍射條紋 波長(zhǎng)越長(zhǎng) 條紋越寬 因此2是紫光 4是黃光 規(guī)律方法 區(qū)分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法 1 根據(jù)條紋的寬度區(qū)分雙縫干涉的條紋是等寬的 條紋間的距離也是相等的 而單縫衍射的條紋 中央亮條紋最寬 兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄 2 根據(jù)亮條紋的亮度區(qū)分雙縫干涉條紋 從中央亮紋往兩側(cè)亮度變化很小 而單縫衍射條紋中央亮紋最亮 兩側(cè)的亮紋逐漸變暗 變式訓(xùn)練 在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中 下列說(shuō)法中正確的是 A 換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射 衍射條紋間距變窄B 換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射 衍射條紋間距變寬C 使單縫寬度變小 衍射條紋的亮度降低 間距變窄D 增大單縫到屏的距離 衍射條紋間距變寬 解析 選B D 當(dāng)單縫寬度一定時(shí) 波長(zhǎng)越長(zhǎng) 衍射現(xiàn)象越明顯 即光偏離直線(xiàn)傳播的路徑越遠(yuǎn) 條紋間距也越大 換用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光照射 條紋間距變寬 故A錯(cuò) B正確 當(dāng)光的波長(zhǎng)一定時(shí) 單縫寬度越小 衍射現(xiàn)象越明顯 條紋間距越大 故C錯(cuò) 當(dāng)光的波長(zhǎng)一定 單縫寬度也一定時(shí) 增大單縫到屏的距離 衍射條紋間距也會(huì)變寬 故D正確 三 自然光和偏振光的比較 自然光和偏振光的比較見(jiàn)表 1 偏振現(xiàn)象在生活中非常普遍 并不是只有自然光通過(guò)偏振片后才變?yōu)槠窆?生活中除光源直接發(fā)出的光外 我們看到的絕大部分光都是偏振光 如自然光射到水面時(shí)的反射和折射光線(xiàn) 尤其是二者互相垂直時(shí) 都是典型的偏振光 并且是完全偏振光 振動(dòng)方向相互垂直 2 只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象 光是橫波 典例3 2011 青島高二檢測(cè) 奶粉的碳水化合物 糖 的含量是一個(gè)重要指標(biāo) 利用旋光儀這種儀器可以用來(lái)測(cè)量糖溶液的濃度 從而測(cè)定含糖量 其原理是 偏振光通過(guò)糖的水溶液后 若迎著射來(lái)的光線(xiàn)看 偏振光的偏振方向會(huì)以傳播方向?yàn)檩S線(xiàn) 旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度 這一角度稱(chēng)為 旋光角 的值與糖溶液的濃度有關(guān) 將 的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較 就能確定被測(cè)樣品的含糖量了 如圖所示 S是自然光源 A B是偏振片 繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片B 使到達(dá)O處的光最強(qiáng) 然后將被測(cè)樣品P置于A B之間 則下列說(shuō)法中正確的是 A 到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B 到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C 將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度 使得O處光的強(qiáng)度最大 則偏振片B轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于 D 將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度 使得O處光的強(qiáng)度最大 則偏振片A轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于 解題指導(dǎo) 光線(xiàn)經(jīng)過(guò)被測(cè)樣品后 偏振方向旋轉(zhuǎn)了 角度 要使光能穿過(guò)兩偏振片 則A B相差的角度也需是 角 標(biāo)準(zhǔn)解答 選A C D 根據(jù)題意可知 開(kāi)始A B兩偏振片的透光方向相同 當(dāng)被測(cè)樣品置于A B之間時(shí) 光線(xiàn)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度 因此到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱 為了使得O處的光線(xiàn)強(qiáng)度最大 則必須將其中一個(gè)偏振片旋轉(zhuǎn)角度 使光線(xiàn)穿過(guò)偏振片時(shí) 光的偏振方向與偏振片的透光方向一致 變式訓(xùn)練 2011 福州高二檢測(cè) 將兩個(gè)偏振片緊靠在一起 放在一盞燈的前面 眼睛通過(guò)偏振片看到的光很弱 如果將其中一個(gè)偏振片旋轉(zhuǎn)180 在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)觀察到 A 燈光逐漸增強(qiáng) 然后逐漸減弱B 燈光強(qiáng)度保持不變C 燈光逐漸增強(qiáng) 沒(méi)有減弱現(xiàn)象D 燈光逐漸增強(qiáng) 再減弱 然后增強(qiáng)到最亮 解析 選A 眼睛通過(guò)兩偏振片看到的光很弱 是因?yàn)閮善衿耐刚穹较虼怪?在旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片的過(guò)程中 透振方向逐漸一致 光逐漸增強(qiáng) 當(dāng)兩個(gè)偏振片的透振方向一致時(shí) 光線(xiàn)最強(qiáng) 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí) 透振方向又逐漸偏離 光線(xiàn)逐漸減弱 所以選項(xiàng)A正確 典例 如圖所示 電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過(guò)偏振片A和B 人眼在P處迎著入射光方向看不到光亮 則 A 圖中a光為偏振光B 圖中b光為偏振光C 以SP為軸將B轉(zhuǎn)過(guò)180 后 在P處將看到光亮D 以SP為軸將B轉(zhuǎn)過(guò)90 后 在P處將看到光亮 標(biāo)準(zhǔn)解答 選B D 自然光沿各個(gè)方向是均勻分布的 通過(guò)偏振片后 透射光是沿著某一特定方向振動(dòng)的光 從電燈發(fā)出的光是自然光 則選項(xiàng)A錯(cuò)誤 它通過(guò)A后 變成偏振光 則選項(xiàng)B正確 在P處看不到光亮 則A B的透振方向垂直 若將B轉(zhuǎn)過(guò)180 后 兩偏振片透振方向仍垂直 仍看不到光亮 若將B轉(zhuǎn)過(guò)90 后 兩偏振片透振方向一致 能看到光亮 故選項(xiàng)C錯(cuò)誤 選項(xiàng)D正確 一 選擇題1 2011 三明高二檢測(cè) 下列關(guān)于偏振光的說(shuō)法中正確的是 A 自然光就是偏振光B 沿著一個(gè)特定方向傳播的光叫偏振光C 沿著一個(gè)特定方向振動(dòng)的光叫偏振光D 單色光就是偏振光 解析 選C 自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光 而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同 只有沿著特定方向振動(dòng)的光才是偏振光 所以選項(xiàng)C正確 2 2011 佛山高二檢測(cè) 對(duì)衍射現(xiàn)象的定性分析 不正確的是 A 光的衍射是光在傳播過(guò)程中繞過(guò)障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象B 衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果C 光的衍射現(xiàn)象為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù)D 光的衍射現(xiàn)象完全否定了光的直線(xiàn)傳播結(jié)論 解析 選D 衍射現(xiàn)象是波繞過(guò)障礙物發(fā)生傳播的現(xiàn)象 衍射條紋是波的疊加的結(jié)果 干涉 衍射是一切波所具有的特性 所以選項(xiàng)A B C正確 光的直線(xiàn)傳播只是近似的 只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小的多的情況下 光才看做沿直線(xiàn)傳播的 所以光的衍射現(xiàn)象和直線(xiàn)傳播是不矛盾的 所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤 3 2011 西安高二檢測(cè) 關(guān)于光的衍射現(xiàn)象 下面說(shuō)法正確的是 A 紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋B 白光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋C 光照到不透明小圓盤(pán)上出現(xiàn)泊松亮斑 說(shuō)明發(fā)生了衍射D 光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑 說(shuō)明光沿直線(xiàn)傳播 不存在光的衍射 解析 選A C 單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是亮暗相間的直條紋 白光的衍射圖樣是彩色條紋 光照到不透明小圓盤(pán)上 在其陰影處出現(xiàn)光點(diǎn) 是衍射現(xiàn)象 光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分 選項(xiàng)D中屏上大光斑只是衍射現(xiàn)象不明顯 不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象 4 在拍攝日落水面下的景物時(shí) 應(yīng)在照相機(jī)鏡頭前裝一個(gè)偏振片 其目的是 A 減弱反射光 從而使景物的像清晰B 增強(qiáng)反射光 從而使景物的像清晰C 增強(qiáng)透射光 從而使景物的像清晰D 減弱透射光 從而使景物的像清晰 解析 選A 由于反射光的干擾 景物的像常常比較模糊 裝上偏振片的目的是減弱反射光 所以偏振片的透振方向應(yīng)與反射光的振動(dòng)方向垂直 但不能增強(qiáng)透射光 故選項(xiàng)A正確 5 2011 洛陽(yáng)高二檢測(cè) 如圖所示 a是一偏振片 a的透振方向?yàn)樨Q直方向 下列四種入射光束哪幾種照射a時(shí)能在a的另一側(cè)觀察到透射光 A 太陽(yáng)光B 沿豎直方向振動(dòng)的光C 沿水平方向振動(dòng)的光D 沿與豎直方向成45 的光 解析 選A B D 只要光的振動(dòng)方向不與偏振片的透振方向垂直 光都能通過(guò)偏振片 太陽(yáng)光 沿豎直方向振動(dòng)的光 沿與豎直方向成45 角振動(dòng)的光均能通過(guò)偏振片 6 2011 福州高二檢測(cè) 在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣 下列四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是 A a cB b cC a dD b d 解析 選D 單縫衍射條紋的特點(diǎn)是中央亮條紋最寬 最亮 雙縫干涉條紋是等間距的條紋 所以a是干涉條紋 b d是單縫衍射條紋 c是水波的衍射圖樣 二 非選擇題7 如圖所示 A B兩幅圖是由單色光分別射到圓孔而形成的圖象 其中圖A是光的 填 干涉 或 衍射 圖象 由此可以判斷出圖A所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑 填 大于 或 小于 圖B所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑 解析 小孔衍射時(shí) 孔的直徑越小 衍射越明顯 答案 衍射小于 8 2011 攀枝花高二檢測(cè) 如圖所示 楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中 下述情況能否看到干涉條紋 說(shuō)明理由 1 在單色自然光源S后加一偏振片P 2 在 1 情況下 再加P1 P2 P1與P2透振方向垂直 解析 1 到達(dá)S1 S2的光是從同一線(xiàn)偏振光分解出來(lái)的 它們滿(mǎn)足相干條件 故能看到干涉條紋 2 由于從P1 P2射出的光透振方向相互垂直 不滿(mǎn)足干涉條件 若P1和P2中有一個(gè)與P的透振方向垂直 在光屏上也沒(méi)有其中之一的光波 兩振動(dòng)方向相互垂直的光不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 故不能看到與雙縫平行的干涉條紋 答案 見(jiàn)解析 Thankyou 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全