1、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：
2、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
3、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
4、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
5、，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0.4 mm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
6、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
7、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
8、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
9、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0.2 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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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列四种入射光束哪几种照射a时能在a的另一侧观察到透射光()A太阳光B沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光D沿与竖直方向成45角振动的光思路点拨 解答本题应把握以下三点：(
17、1)自然光沿各个方向的振动强度相同(2)光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能透过偏振片(3)光的振动方向与偏振片的透振方向平行时，透过的光最强解析 根据光的偏振知识，只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片当光的振动方向与偏振片的透振方向相同时，透射光最强，当二者垂直时，光完全不能透过当二者间的夹角在090逐渐增加时，透射光逐渐减弱太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45角振动的光均能通过偏振片答案 ABD方法技巧获取偏振光的方法(1)让自然光通过一块偏振片(2)让自然光射到两种介质的交界面上，使反射光与折射光垂直时，反射光就是偏振光(3)让自然光射到两种介质的
18、交界面上，当反射光与折射光垂直时，折射光经过多次折射以后就是偏振光5关于自然光和偏振光，下列观点正确的是()A自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能B只有自然光透过偏振片才能获得偏振光C自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光D自然光和偏振光都能使感光底片感光解析：振动沿各个方向均匀分布的光是自然光，而振动沿着特定方向的光是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射现象，所以A错光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光，所以B错光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D对答案：D6(多选
19、)如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则()A图中a光为偏振光B图中b光为偏振光C以SP为轴将B转过180后，在P处将看到光亮D以SP为轴将B转过90后，在P处将看到光亮解析：自然光沿各个方向是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，若B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，将B转过180后，P处仍无光亮，即C错；若将B转过90，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光
20、亮，即D对答案：BD1摄影技术中的应用光的偏振现象有很多应用，如摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，景象会不清晰，如果在照相机镜头前装一块偏振滤光片，就可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而可拍出清晰的照片，故人们把偏振滤光片叫作摄影机的“门卫”科学态度与责任偏振技术在生活、生产及科技中的应用2在汽车挡风玻璃上的应用偏振片汽车司机的福音在夜间行车时，迎面开来的汽车的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故，如果在每辆车的车灯玻璃上和司机座椅前面的挡风玻璃上各安装一块偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45角，就可以解决这一问题从对面车灯射来
21、的偏振光，由于振动方向跟司机座椅前挡风玻璃上的偏振片的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里；而从自己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己挡风玻璃上的偏振片的透振方向相同，所以司机仍能看清自己的灯照亮的路面和物体3立体电影观看立体电影时，观众要戴上一副偏振眼镜，放立体电影时有左、右两架放映机同时工作，在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向互相垂直，因此从放映机前偏振片射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经银幕反射，其偏振方向不改变，观众所戴偏振眼镜的两只镜片的透振方向互相垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片跟右边放映机前偏振片的透振方向一致，这样，左眼只能
22、看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因此便可产生立体感(多选)关于立体电影，以下说法正确的是()A观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛B这副眼镜其实就是一对透振方向互相垂直的偏振片C戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像D产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同解析：放立体电影时有左、右两架放映机同时工作，在每架放映机前有一块偏振片，两偏振片的透振方向互相垂直，因此从放映机前偏振片射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经屏幕反射后其偏振方向不改变，观众眼睛所戴的偏光眼镜的两只镜片透振方向互
23、相垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片跟右边放映机前面偏振片的透振方向一致，这样，左眼只能看到左边放映机映出的画面，右眼只能看到右边放映机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感，因此B、D选项正确答案：BD1(多选)下列说法正确的是()A当光的波长比圆孔的直径大时，可以产生明显的衍射现象B衍射现象的研究表明“光沿直线传播”只是一种近似规律C用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板的后面发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是光的干涉现象D用平行的单色光垂直照射一个刀片，发现屏上刀片阴影的边缘模糊不清，这是光的衍射现象解析：当波长比障碍物的尺寸大或相差不多时，可以
24、产生明显衍射现象，A正确；光沿直线传播是一种近似规律，B正确；泊松亮斑、刀片阴影边缘模糊都是光的衍射现象，C错误，D正确答案：ABD2在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，如图四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()Aa、c Bb、cCa、d Db、d解析：单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是小孔衍射图样答案：D3两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯前面，有光通过，如果将其中一片旋转180，在旋转过程中可能会产生哪种现象()A透过偏振片的光强先增强，然后又减小到零B透过偏振片的光强先增强，然后减小到非零的
25、最小值C透过偏振片的光强在整个过程中都增强D透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强解析：旋转其中一个偏振片时，根据两个偏振片的透振方向平行时光强最强，透振方向垂直时光强最弱的原则，可知旋转其中一个偏振片时，光强的变化可能出现先增强，再减弱，然后又增强的现象，也可能出现先减弱，后增强，再减弱的现象答案：D4在学习了光的衍射现象后，徐飞回家后自己设计了一个小实验，在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，他在屏上看到的现象是()A先是圆形亮区，最后完全黑暗B先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗C先是圆形亮环，最后完全黑暗D先是圆形亮环，然后
26、圆形亮区，最后完全黑暗解析：在圆孔由大到小调节过程中，当孔较大时，光沿直线传播，在屏上得到圆形亮区；当孔的直径减小到与光波的波长相近时，产生光的衍射现象，屏上将出现明暗相间的圆环，当孔继续减小到完全闭合，没有光到达屏上时，屏上完全黑暗，选项B正确答案：B5(多选)奶粉的碳水化合物(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，就能确定被测样品中的含糖量如图所示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到达O处光的强度会明显增强D将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的最小角度等于解析：自然光通过偏振片后得到垂直于光的传播方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度，到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A正确，B、C错误；若将B转动一个最小角度，使得O处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于，故D正确答案：AD04课后 达标检测