11.5 光的波动性 电磁波谱 教案 -2023-2024学年高二下学期（中职）物理高教版《技术物理 上册》

11-5 光的波动性 电磁波谱 一、教学目的： 1．了解波动的特有现象，并知道产生干涉和衍射现象的条件。 2．了解干涉和衍射现象的应用，知道光波是横波。 3．知道光的色散，了解电磁波谱、几种射线及其特点 二、教学重点、难点： 重点：干涉及衍射现象，几种射线的特征。 难点：相干光、干涉及衍射图样。 三、教学建议： 教法建议：多媒体教学、讲授 教学设计方案： （一）引入新课 设疑提问：用什么方法可以证明光具有波动性呢？ 因为干涉和衍射现象是波动的特征，如果我们能看到光的干涉和衍射现象，就证明了光具有波动性， （二）引出新课内容 1．光的波动性 （1）光的干涉现象（用多媒体课件直观演示） 两列光波在空中相遇时，在不同的地点产生了稳定的加强或减弱，在相遇空间形成明暗相间条纹的现象，称为光的干涉现象。 1801年，英国物理学家托马斯·杨用双缝实验装置成功地观察到了光的干涉现象，这就是历史上著名的杨氏双缝实验。 图1 杨氏双缝干涉 让单色光通过狭缝S，从S出来的线状光束射到与S平行且等距的双缝S1、S2上 ，穿过双缝S1、S2后，就得到了两个完全相同的线状光源。在这两束线状光叠加的区域里放置屏幕，屏幕上会出现一幅稳定的图样,它由明暗相间且等距分布的条纹构成。这就是光的干涉现象。光的干涉现象，证实了光具有波动性。 产生干涉现象的条件：频率相同、振动方向相同的两列光相遇时，才会出现干涉现象。 频率相同、振动方向相同的两列光称为相干光。用双缝实验等方法可以得到相干光。激光光源可以产生相干光。 在日常生活中，我们能看到下列干涉现象： 肥皂泡或水面的薄油膜在日光照射下会呈现出美丽的彩色条纹，这是因为一列光在经过透明薄层上、下两个面反射时，形成了两列相干光，它们互相叠加产生了干涉现象。 图2 肥皂液薄膜上光的干涉现象 用酒精灯火焰的光照射附近金属丝圈上的肥皂液薄膜时，在薄膜上也能看到火焰光的像由明暗相间的干涉条纹组成，这是由于薄膜在重力作用下形成了上薄下厚的契形，火焰光从膜的前表面和后表面分别反射回来形成两列相干光。 光的干涉现象在精密测量和检验时有重要应用，如检验工件的平整程度就常用干涉法。如劈尖干涉图所示，在被检查平面B上放一透明的标准样板A，在一端垫一薄片，使二者之间形成一个楔状的空气薄层，用单色光照射时，从空气层上下两个表面反射的光波产生干涉条纹。如果被测表面是平的，产生的干涉条纹将是一组平行直线；如果被测表面不平，产生的干涉条纹将是弯曲的。从干涉条纹的弯曲方向和弯曲程度，可以判断出被测物体表面凸凹的情况，测量精度可以达到10-8 m 。 图3 干涉的应用 （2）光的衍射现象 观察多媒体演示：让一个点光源S照射带有圆孔的光屏。当孔较大时，在屏幕上看到的是一个圆的亮点；如果缩小孔径，亮点也变小；当孔径缩小到一定程度时，我们看见屏幕上得到的是一些以亮点为中心的明暗相间的圆环，其范围远远大于孔径。显然，光偏离了直线传播方向。如果光照射的障碍物是一狭缝时，在屏幕上看到的是一组以中央亮条纹为中心的明暗相间的条纹，其宽度也远大于窄缝宽度。 这些现象说明光在传播途中偏离了直线路径，绕到障碍物后面去了。 光偏离直线传播方向而绕到障碍物后面区域的现象，称为光的衍射。 光产生衍射现象的条件：障碍物（包括小孔、细丝、狭缝等）的大小跟光的波长相当，甚至比波长还小时，才会出现明显的衍射现象。 图4 光的小孔衍射 小练习：眯起眼睛透过睫毛的缝隙或通过手指间的缝隙看发光的灯泡；隔着筚子、羽毛或布缝去看光源；把两支铅笔紧并在一起，与日光灯平行，从铅笔中间的缝隙去看发光的日光灯，都能看到类似的衍射图样。 衍射现象也是波动的重要特征之一，光的衍射现象又一次证明光具有波动性。 （3）光的偏振 光的干涉和衍射现象都说明光是一种波，但它是横波还是纵波呢?我们来看看横波和纵波的主要区别： 沿绳子传播横波，当绳上的波不能通过狭缝时，这种现象称为横波的偏振。 沿绳子传播纵波，不论狭缝方向如何它都能通过狭缝，纵波的传播中没有偏振现象。 图5 横波的偏振 图6 纵波不发生偏振 可以用偏振片(其作用与上述带缝的木板作用相似)来鉴别光是横波还是纵波。 用偏振片A对着太阳或灯光，如图7所示，以入射光的方向为轴旋转A片，这时我们会看到透过A的光强并不随A片的旋转而改变。把A固定，以入射光方向为轴旋转偏振片B时，从B透射过来的光强发生周期性变化：当B片转到某一位置时，透射光最强；再由此位 图7 偏振光 置转过90°，透射光最弱，几乎看不见。这一现象说明光发生了偏振。偏振是横波所特有的现象，所以光波是横波。 偏振现象在实际生活、生产中有许多应用，比如用人造偏振片制成的太阳镜能阻挡某一方向振动的光，使景物显得柔和浓重；看立体电影时必须戴上用两个不同方向的偏振片制的眼镜；在化学、制药工业