4.3～4.4 光的衍射 光的偏振与立体电影-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-4）

4.3　光的衍射 4.4　光的偏振与立体电影 [学习目标] 1.认识光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件及衍射条纹的特点.2.了解衍射光栅及它产生衍射时的图样特点.3.认识光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别，了解偏振现象在生产与生活中的一些应用，如立体电影、液晶显示屏等． 1．光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时，绕过障碍物偏离直线传播的现象． 2．产生衍射现象的原因：单缝衍射是来自单缝的光波波阵面上无穷多个子波的相干叠加．从本质上讲，干涉和衍射并没有区别，但一般来说，人们常把几个分立光束的相干叠加叫做干涉；而把波阵面无穷多个子波的相干叠加叫做衍射． 3．衍射光栅 (1)光栅：许多等宽的狭缝等距离地排列的光学元件． (2)光栅衍射的图样：是许多平行的明暗相间的条纹，减小缝间距离，则条纹间距增大；增多缝数，明暗条纹变得更为清晰． 4．自然光和偏振光 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 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强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏器透振方向一致) 5．立体电影的原理 人们观察物体时，产生立体感的主要原因是两眼的视差． 在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像．在放映时，两个放映机每个镜头上各放一个偏振片，如图1所示，两个偏振片的透振方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏振片的透振方向与左面放映机上的偏振方向相同，右眼偏振片的透振方向与右面放映机上的偏振方向相同，这样，银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体感的影像了． [来源:学科网] 图1 6．液晶显示屏应用了光的偏振现象，它的分辨率高，寿命长，功耗低，没有X射线和电磁辐射． 一、光的衍射 [导学探究] 1．将双缝干涉仪上的双缝撤去，留下单缝，我们用测微目镜观察屏上的图样时，仍能看到明暗相间的条纹，这种条纹与双缝干涉图样相同吗？它有什么明显特点？ 答案　不相同，它明显的特点是中央亮条纹最宽最亮，两侧条纹对称且逐渐变窄变暗． 2．根据单缝由宽变窄的规律更换单缝屏，我们会观察到屏上的条纹有什么变化？ 答案　单缝越窄，得到的条纹宽度、条纹间距都越大． [知识深化] 1．产生明显衍射现象的条件 在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还要小的时候，就会出现明显的衍射现象． 2．三种衍射现象 (1)单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹． (2)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时在屏幕上会出现明暗相间的圆环． (3)泊松亮斑：圆形障碍物的衍射现象． 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清．若在单色光传播路径中，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． 3．光的衍射现象和光的直线传播的关系 光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比障碍物或小孔小得多时，光可以看成沿直线传播；当小孔或障碍物尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，衍射现象就十分明显． [延伸思考] 衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗？ 答案　衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大，随着缝、孔的减小，衍射条纹的宽度增大，但条纹亮度减弱． 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，衍射条纹越亮 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 答案　B 解析　单缝宽度越小，衍射条纹的亮度越小，选项A错；入射光的波长越长，单缝宽度越小，衍射现象越明显，选项B对，D错；缝的宽度d越小，光没有沿直线传播，而是绕过了缝的边缘，传播到相当宽的地方，C错． 二、单缝衍射与双缝干涉的比较 [导学探究]　单缝衍射和双缝干涉得到的都是明暗相间的条纹，如何区别它们？[来源:学科网ZXXK] 答案　它们的主要区别是：单缝衍射的条纹宽度不等，中央最宽，条纹间距不等；双缝干涉的条纹宽度相等，条纹间距相等． [知识深化]　单缝衍射与双缝干涉的比较 两种现象 比较项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 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，中央条纹最宽 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 亮度情况[来源:Zxxk.Com] 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等 相同点