4.6光的衍射与偏振 4.7激光 课件-2024-2025学年高二上学期物理教科版（2019）选择性必修第一册

第四章 光及其应用 4.6光的衍射与偏振 4.7激光 1 学习目标 1．观察光的衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件 2.观察光的偏振现象，知道光是横波，知道偏振现象的应用 3.了解激光的特征和应用 复习引入 思考：水波、声波都会发生衍射现象。1.什么是波的衍射现象？ 2.发生明显衍射现象的条件是什么？ 光的干涉现象说明光是一种波，那么应该光也会产生衍射现象呀？为什么平时我们看到的光是沿直线传播的？ 环节一：光的衍射 1.定义：光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象。 光屏 孔 S S 光屏 孔 孔较大时——屏上出现清晰的光斑 孔较小时——屏上出现衍射花样 2.发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸≦光的波长 说明：障碍物或孔的尺寸>光的波长时，光的衍射现象不明显，可认为光沿直线传播 （1）单缝衍射 红光 单缝宽0.4mm 红光 单缝宽0.8mm 蓝光 单缝宽0.4mm 3.常见的光的衍射现象 ①光的单缝衍射条纹的特点： 单缝衍射 杨氏双缝干涉 条纹宽度 亮条纹宽度不同，中央亮条纹最宽 各亮条纹宽度相同 条纹间距 条纹间距不同 （单缝越窄，条纹间距越大 ；单缝到屏的距离越大，条纹间距越大；波长越长，条纹间距越大） 条纹间距相同 （双缝的间距越小，条纹间距越大 ；单缝到屏的距离越大，条纹间距越大；波长越长，条纹间距越大） ③白光的单缝衍射条纹的特点： 思考：用白光做单缝衍射实验，得到的亮纹的颜色有什么特点？ 中央亮条纹为白色，两侧亮条纹为彩色且外侧呈红色   （2）圆孔衍射 S 光屏 孔 孔 （3）圆盘衍射 光屏上不透明圆盘的阴影中心确实有一个亮斑——泊松亮斑 1.(多选)(2023·唐山市英才国际学校高二月考)对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正确的是 A.只有障碍物或孔的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还要小的时 候，才能产生明显的衍射现象 B.光的衍射图样是光波相互叠加的结果 C.光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论 D.只有单色光才能产生衍射现象 √ √ 只有在光的波长比障碍物尺寸小很多的情况下，光才可以看成是沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不同条件下出现的两种现象 任何光都能发生衍射，只是明不明显的区别 2.(2023·绵阳市高二期末)小红利用图(a)所示的装置观察红光的干涉、衍射现象，其中P是光学元件，且P到光屏的距离恒定，通过实验在光屏上得到了图(b)所示甲、乙、丙、丁四种图样。下列说法正确的是 A.甲对应的P是双缝，双缝间距较大 B.乙对应的P是双缝，双缝间距较大 C.丙对应的P是单缝，缝的宽度较宽 D.丁对应的P是单缝，缝的宽度较窄 √ 3.(多选)(2023·重庆万州区月考)某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法正确的是 A.甲图属于圆孔衍射 B.乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松 先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中 心的确有这个亮斑 C.不管是圆孔衍射还是圆板衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的 D.发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到 障碍物的影子里 √ √ √ 菲涅耳与阿拉果发现 纵波： 质点的振动方向与波的传播方向一致 横波： 质点的振动方向与波的传播方向垂直 复习引入 环节二：光的偏振 1.偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的现象。 2.偏振方向：横波的振动方向称为“偏振方向”。 一列沿水平向右传播的横波，既可能沿上下方向振动，也可能沿左右方向振动，还可能沿其他“斜”的方向振动。 思考: 1.横波的振动方向与狭缝的方向平行时，横波能传播狭缝的后面吗？ 2.横波的振动方向与狭缝方向垂直时，横波能传播狭缝的后面吗？ 3.狭缝的方向会影响对纵波的传播吗？ 狭缝 狭缝 狭缝 狭缝 绳波 弹簧波 3.偏振现象是横波独有的特征 4.实验：利用偏振片证明光是横波 （1）偏振片:由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有光的振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。 偏振片下的风景 思考：在一个偏振片的作用下看风景，看到光线变弱了，但是还有光线说明什么？ 水 空气 自然光 反射光 自然光 偏振光 （3）偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光。（反射光和折射光） （2）自然光：普通光源发出的光，在垂直于光传播方向的平面内包含一切振动方向的光。（太阳、日光灯、发光二极管） 折射光 （4）证明方式 自然光 偏振光 起偏器P 检偏器Q 自然光 偏振光 当两块偏振片的透振方向平行时，光屏是明亮的（透射光的强度最大） 当两块偏振片的透振方向垂直时，光屏是黑暗的（透射光的强度几乎为0） 普通光源 普通光源 光屏 透射光 透射光 思考：如果光是纵波，会出现上述现象吗？ 光是横波 5.光的偏振现象的应用 玻璃门表面的反光很强 照相机摄影： 由于玻璃表面的反射光的干扰，用普通的照相机镜头不容易清晰地拍玻璃门窗里面的景象 反射光中存在大量的偏振光 在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使照相机清晰的拍摄到玻璃门窗里面的景象 1960年5月15日，美国物理学家梅曼正在进行一项重要的实验。他的实验装置里有一根人造红宝石棒。突然，一束深红色的亮光从装置中身射出，它比太阳表面还要亮4倍！这是一种完全新型的，自然界中不存在的光！ 西奥多·哈罗德·梅曼 美国（1927-2007） 红宝石激光器 环节三：激光 光是从物质的原子中发射出来的。普通光源发出的自然光是许多频率、 偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。 这导致两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。 能否制造出频率、偏振以及传播方向等性质都十分确定的光呢？ 1.相干性好 （1）定义：激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，是人工产生的相干光。 （2）应用：光纤通信、光的干涉和衍射实验 2.单色性好 （1）定义：激光器发出的激光的波长范围很小。 2.方向性好 （1）定义：激光束的发散角很小，几乎是一条平行的光束 （2）应用：测距、读取光盘上记录的信息 普通手电筒发出的光 激光 手提激光测距仪 3.亮度高 （1）定义：它可以在很小的范围和很短的时间内集中很大的能量。 （2）应用：激光切割和焊接；医学上用激光做“光刀” 激光切割和焊接 激光治疗近视 4.(来自鲁科教材)将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过。如果将其中的一个偏振片逐渐旋转180°，在旋转过程中，透过偏振片的光 A.先增强，然后又减弱到零 B.先增强，然后减弱到非零的最小值 C.在整个过程中都增强 D.先增强，再减弱，然后又增强 √ 5.(2023·徐州市月考)图示为通过3D眼镜看电脑显示屏的照片，下列说法正确的是 A.左侧镜片上涂有反射膜 B.右侧镜片上涂有增透膜 C.两侧镜片为透光方向不同的偏振片 D.电脑显示屏发出的光为自然光 √ 6.关于激光的应用，下列说法正确的是 A.光纤通信是应用激光方向性非常好的特点对信号进行调制，使其在光 导纤维中传递信息的 B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点 C.医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光强度大的特点 D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光强度大 的特点 √ 相干性好 方向性好 方向性好 课堂小结 光的衍射与偏振 激光 光的衍射 发生明显衍射现象的条件 三种衍射图样 单缝衍射 圆孔衍射 圆板衍射（泊松亮斑） 光的偏振 线偏振光、自然光 偏振片、光是横波 偏振的应用 激光 激光的特点 激光的应用 谢谢！ Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 $$