第4章 第6、7节 光的衍射与偏振 激光（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第6、7节　光的衍射与偏振　激光 核心素养导学 物理观念 (1)认识光的衍射、衍射条纹的特点。 (2)认识光的偏振的特点。 (3)掌握激光的特点和各种应用。 科学探究 (1)探究光发生明显衍射的条件。 (2)观察光的偏振现象。 科学态度与责任 认识光学知识在现代生活和科技等方面的应用。 一、光的衍射 1．实验观察 在不透明的屏上安装一个宽度可调的单缝，缝后放一个光屏，用激光照射单缝。 2．实验现象 (1)缝比较宽时，在屏上产生一条与缝宽相当的亮线。 (2)缝调到很窄时，亮条纹亮度降低，但宽度增大，而且还出现了明暗相间的条纹，中央亮条纹较宽。 (3)用白光做实验，得到的条纹是彩色的，但中央条纹是白色的。 3．明显衍射的条件 障碍物或狭缝的尺寸很小的时候，衍射现象十分明显，这时就不能说光沿直线传播了。 [微点拨]　光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的。 二、光的偏振 1．偏振 (1)横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直，具有偏振现象，质点振动方向称为偏振方向。 (2)纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上，没有偏振现象。 2．光的偏振 (1)研究表明：光是一种横波。 (2)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，这个方向叫作透光方向(也叫“透振方向”)。光的振动方向与这个透光方向平行的成分才能通过偏振片，垂直时不能通过偏振片。 (3)线偏振光：光振动的方向限在一个平面，沿着某一特定方向振动的光。 (4)自然光：由大量的、振动方向不同的线偏振光组成的光。 三、激光 1．普通光源的特点：发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。 2．激光：频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波。 3．激光的特点：强度大；方向性好；单色性好；相干性好；覆盖波段宽而且可调谐。 4．激光的应用：激光加工；激光全息照相；激光检测；激光通信；激光医学；激光照排；激光探测引力波；激光驱动流体。 1.用三块不透光的板，在每块板的中间各开一个圆孔，各板所开的圆孔直径依次变小。装置如图甲所示，先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现一个如图乙所示的明亮圆形光斑；再换上圆孔较小的那块板，在屏上会出现如图丙所示较小的明亮圆形光斑；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现如图丁所示的明暗相间的条纹。 (1)图乙中的情境是光的直线传播现象。 (2)图丙中的情境是光的直线传播现象。 (3)图丁中的情境是光的衍射现象。 2．通过一块偏振片观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板，当以入射光线为轴转动偏振片时，看到的现象有何不同？ 提示：通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化。因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了(肉眼对此不能感觉)，但光的强弱没有改变。月亮和黑板反射的光是偏振光，它们通过偏振片透射过来的光线的强弱会随偏振片的旋转发生周期性的变化。 3．激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重要的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极大的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。则激光火箭利用了激光哪些性质？ 提示：由于激光站与卫星相隔距离远，为了减少能量损失，必须利用激光方向性好、强度大的性质。 新知学习(一)|三种常见的衍射 [任务驱动] 三种衍射图样如图所示： 试判断三种衍射的类型。 提示：a为单缝衍射，b为圆孔衍射，c为泊松亮斑。　　　　 [重点释解] 1．单缝衍射 (1)现象：如图，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： ①中央条纹亮而宽； ②两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱； ③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； ④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。 (2)圆孔衍射图样的两个特点 ①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。 ②白光的圆孔衍射图样中