(讲义)第4章 5.光的衍射 6.光的偏振 激光-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

5．光的衍射 6．光的偏振　激光 1．了解光的衍射现象、偏振现象，知道激光的特性。 2．知道自然光和偏振光的区别。 3．借助实例分析推理知道光是横波。 4．通过观察得出光明显衍射的条件。 5．经历光的偏振实验的过程，体会偏振光的特性。 6．通过生活中实例观察，引导学生体会物理之美，培养学习兴趣。 　光的衍射与衍射光栅 1．光的衍射 (1)用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。这就是光的衍射现象。 (2)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。 (3)发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸跟光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。 提醒　一般情况下，障碍物的尺寸比光的波长大得多，衍射现象不明显，故可近似认为光沿直线传播。 2．衍射光栅 (1)结构 由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。 (2)衍射图样特点 与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 取三块不透光的板，在每块板的中间各开一个圆孔，三块板所开的圆孔大小不一。先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现一个明亮的圆形光斑图a；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图b；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现图c。 问题1 ①图b中的屏上产生了什么现象？ ②比较屏上图b和图c说明了什么？ 问题2 你是否在影院中看过3D立体电影？为什么立体电影会产生如此神奇的效果？ 提示：问题1 ①衍射。 ②孔越小，衍射现象越明显。 问题2 在观看立体电影时，观众要戴上一副特制的眼镜，这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片。 1．产生明显衍射的条件 障碍物的尺寸可以跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射。对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显。由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多。 2．三种不同的衍射现象及特点 (1)单缝衍射 ①现象：如图所示，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 a．中央条纹亮而宽。 b．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。 c．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。 d．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a中所示的情形，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b中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环。 ②圆孔衍射图样的两个特点 a．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。 b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。 (3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象 ①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙中c所示。 ②障碍物的衍射图样的特点 圆形阴影中心有一亮斑，圆形阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。与小孔衍射图样有明显区别。 【典例1】　(2022·内蒙古北重三中期中)如图所示，a、b、c、d四个图样是两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点(黑色为亮条纹，a图样的亮条纹间距比b图样大，c图样中央亮纹比d图样宽)可以得出的正确结论是(　　) A．a、b是光的衍射图样，c、d为光的干涉图样 B．a、b是光的干涉图样，c、d为光的衍射图样 C．形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短 D．在同种介质中，形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率大 B　[双缝干涉图样的条纹是等间距的，而衍射条纹间距不相等，则知a、b是光的干涉图样，c、d是光的衍射图样，故A错误，B正确；根据Δx＝λ可知，光的波长越长，双缝干涉相邻条纹间距越大，则知形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长长，故C错误；波长越长，频率越小，折射率越小；形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长长，则形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率小，故D错误。] 　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