4.6　光的衍射与偏振　 激光 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

第四章 6　光的衍射与偏振 7　激光 1 衍射不明显 衍射明显 衍射非常明显 波能够发生明显衍射现象的条件是：障碍物（或缝隙、小孔）的尺寸d与波长相差不多或比波长λ小 d≤ λ 回顾 衍射‌（Diffraction）是指波（如光波、声波等）在传播过程中遇到障碍物或孔隙时，偏离原有直线路径并发生弯散传播的现象。 衍射是波的通性，由上节课知识可知光是一种波，光也应该具有衍射现象 光的衍射 一 树荫下的影子，小孔成像（圆形光斑） 3 一、单缝衍射（夫琅禾费衍射） 衍射条纹特点 明暗相间不等间距的条纹 （中间宽，两边窄） 亮度从中间向两侧逐级递减 光绕到了缝对应光屏以外的位置 衍射过程中伴随干涉现象 双缝干涉：宽度基本相等，亮度基本相同。 单缝衍射：中央明纹最宽，中央亮纹最亮。 明显衍射（红光左侧第一第二）：中央亮纹越宽，红蓝对比，波长越大，衍射越明显。 满足明显衍射条件时，衍射更明显 二、圆孔衍射 圆孔较大时 屏上出现清晰的光斑 不满足发生明显衍射的条件 小孔成像，光几乎是沿直线传播 圆孔逐渐变小时 衍射现象逐渐明显 在光屏上出现明暗相间， 不等间距的同心圆环 白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环 三、圆盘衍射（泊松亮斑） 光屏上不透明圆盘的阴影中心有一个亮斑。 泊松亮斑有力的支持了光的“波动说” 影像的边缘轮廓都是模糊不清 泊松预言，但实验不是他做的 1.光的衍射 光通过很小的狭缝时，明显地偏离了_________方向。按照直线传播的规律应该属于阴影的区域也会出现____条纹；反之，应该属于亮区的地方也会出现____的区域。这种现象叫作光的衍射。 2.三种衍射图样的特点 (1)单缝衍射 ①单色光通过狭缝时，在屏上出现________的条纹，中央条纹________，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄； 梳理与总结 直线传播 暗 亮 明暗相间 最宽最亮 ②波长一定时，单缝____(填“宽”或“窄”)的中央亮条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长____(填“大”或“小”)的中间条纹宽，条纹间距大。 (2)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。如图所示。 ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同 心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。 ②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。波 长越长，中央圆形亮斑的直径越大。 窄 大 (3)圆板衍射(泊松亮斑) ①若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。衍射图样如图所示。 ②中央是亮斑(与圆孔衍射图样中心亮斑比较，泊松亮斑较小)，圆板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。 总结提升 种类 项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 产生条件 狭缝足够小(发生明显衍射) 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 中央条纹最亮，越向两侧条纹越暗 各条纹亮度基本相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 区分以下图像 牛顿环 圆孔衍射 泊松亮斑 1.当障碍物的尺寸较大时，我们观察到光是沿直线传播的，此时光是否发生了衍射？发生明显衍射的条件是什么？ 讨论交流 答案　此时光发生了衍射，只是不明显。 发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相差不大，或者比波长还小。 2.我们经常看到交通信号灯、安全指示灯、雾灯、施工警示灯等都是红色的，除了红色光容易引起人们的视觉反应外，还有一个重要原因，这个原因是什么？ 答案　红光波长较长，比其他可见光更容易发生衍射现象。 3.如果让白光分别通过狭缝或圆孔，那么形成的衍射图样各有什么特点？ 答案　白光通过狭缝时，衍射图样中央为白色亮条纹，两侧为很快减弱的彩色条纹；白光通过圆孔时，衍射图样中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色的同心圆环。 第三问不用讲 (1)红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹。(　 　) (2)白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹。(　 　) (3)单色光的圆孔衍射，中央为大且亮的圆斑，周围为等间距的同心圆。(　 　) × √ × 易错辨析 　(多选)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 例1 √ √ 　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 例2 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 √ 　(多选)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 例3 √ √ √ 二 光的偏振 20 1.偏振现象 (1)如图所示，当狭缝的方向与绳的振动方向______时，绳上横波可以传过去；狭缝的方向与绳的振动方向______时，绳上横波就不能通过了，这种现象叫作偏振。 相同 垂直 横 (2)偏振现象是___波特有的现象。 知识总结 实验演示 (3)自然光：实际上，太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是“自然光”（图 ） 非偏振光 反射引起自然光的偏振 自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。 起偏器 检偏器 偏振光 . . . . . 自然光 (4)自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之后，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动．这种光叫偏振光。 (5)偏振光通过第二个偏振片（称为检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大；如果两个偏振片的透振方向垂直，透射光的强度为零 光的偏振说明光是一种横波 偏振的应用 照相机镜头前装一偏振滤光片，让它的透光方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景物清晰。 在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。要通过取景器一边观察一边转动镜面，以便观察消除偏振光的效果。当观察到被摄物体的反光消失时，既可以停止转动镜面。 减弱景物反射光的影响 偏振的应用 立体电影 分离图像：通过偏振、快门、颜色过滤等方式，让左右眼分别看到 “有微小差异” 的两幅图像（模拟现实中双眼的视角差）； 大脑处理：大脑接收到左右眼的图像信号后，自动将其融合，根据视差判断 “物体的前后距离”，最终让人产生 “身临其境” 的立体视觉。 简言之，3D 眼镜的作用是 “欺骗大脑”—— 让它误以为看到的是现实中的立体场景，而非平面屏幕上的图像。 3.偏振现象的应用 (1)照相机镜头前装一偏振滤光片，让它的透光方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景物清晰。 (2)立体电影。 (3)各种液晶显示器。 没有偏振片，液晶的旋光性无法被利用，LCD 就无法实现 “亮 / 暗” 控制，最终无法显示任何图像。这一原理决定了所有液晶显示器都必须依赖偏振片才能正常工作。 　(多选)如图所示，电灯在S处发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则 A.图中a光为偏振光 B.图中b光为偏振光 C.以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮 D.以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮 例4 √ √ 　(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 例5 √ 激光 三 29 1.激光的特性：强度大、_________、单色性好、_________、覆盖波段宽而且可调谐等。 2.激光的应用：_________、激光全息照相、激光检测、_________、激光医学、激光照排等。 方向性好 相干性好 激光加工 激光通信 激光测距；磁头 高方向性确保激光能 “精准瞄准目标；高单色性确保激光波长稳定，高相干性确保光子相位同步，这两个特性是精密测量、光谱分析、全息成像的核心基础。高方向性确保激光能沿固定路径传播（减少损耗），高单色性确保波长稳定（可承载高频信号），这两个特性是光纤通信、激光存储的核心支撑 激光通信：高相干性 　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 例6 √ B:激光方向性好 Lavf58.12.100 $