第四章 6 光的衍射与偏振 7 激光(课件PPT)-【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（教科版）

该高中物理课件聚焦光的衍射、偏振及激光，通过小孔成像与双缝干涉现象对比，联系机械波衍射条件引导学生猜想，搭建从光的直线传播、干涉到衍射、偏振的知识支架，帮助学生构建连贯的光学认知体系。 其亮点在于结合实验现象分析与表格对比（如单缝衍射与双缝干涉特征比较）培养科学思维，通过交通信号灯红光应用、3D眼镜偏振原理等实例渗透科学态度与责任，分层例题设计促进科学探究。学生能深化物理观念，教师可高效开展教学。

DISIZHANG 第四章 6　光的衍射与偏振 7　激光 1 1.观察光的衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件(重点)。 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。 学习目标 2 一、光的衍射 二、光的偏振 课时对点练 三、激光 内容索引 3 光的衍射 一 4 图中小孔成像的现象说明了光是沿直线传播的，而双缝干涉现象则证明了光是一种波，波能发生干涉还可以发生衍射，结合机械波产生明显衍射现象的条件，猜测生活中很难观测到光的衍射现象的原因。 答案　机械波发生明显衍射的条件是缝或障碍物的尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小。可见光的波长远小于一般障碍物或孔的尺寸，不能产生明显的衍射现象，所以生活中很难观测到。 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。 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。 (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)(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 例1 √ √ 光的衍射条纹是由于来自不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时得到加强或者削弱的结果，光的直线传播规律只是近似的，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，故选A、B。 　(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 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 √ 丙和丁对应的条纹是平行不等距的，则为衍射条纹，则P是单缝，因丙图的衍射现象较丁更明显，可知丙的缝的宽度较窄，故C、D错误。 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 　(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 例3 √ √ √ 根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，故A正确； 乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是 非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误； 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，故C正确； 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，故D正确。 返回 二 光的偏振 19 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。 2.光的偏振 (1)偏振片 由特定的材料制成，每个偏振片都有一个_____的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作透光方向。 (2)线偏振光和自然光 ①线偏振光：光振动的方向限在一个平面。 ②自然光：通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向不同的线偏振光组成。 (3)光有偏振现象，说明光是____波。 特定 横 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。 　(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 √ √ 自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出 的光为自然光，它通过偏振片A后，即变为偏振光，故A错，B对； 设通过A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮；以SP为轴将B转过90°后，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故C错，D对。 　(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 √ 手机、电脑、电视等电子显示设备发出的光是偏振光，故D错误； 3D眼镜的2个镜片是两个透光方向互相垂直的 偏振片，图中电脑显示屏发出的偏振光与左侧眼镜的透光方向垂直，没有光穿过左侧眼镜，左侧眼镜看不见电脑显示屏，电脑显示屏发出的偏振光与右侧眼镜的透光方向平行，有光穿过右侧眼镜，右侧眼镜看得见电脑显示屏，故A、B错误，C正确。 返回 激光 三 27 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 　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 √ 由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误； 计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的方向性好，B错误； 医疗中用激光做“光刀”利用了激光的强度大的特点，C正确； 激光测距利用的是激光的方向性好的特点，D错误。 返回 课时对点练 四 31 考点一　光的衍射 1.某同学使用激光器作为光源，在不透光的挡板上开一条宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础对点练 √ 根据衍射条纹的特点进行判断，光的衍射条纹与狭缝平行，且中间宽、两边窄、不等间距，故B正确，A、C、D错误。 2.(多选)(2023·北京师大附中高二期中)用如图甲所示的装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图乙所示，实验发现光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法中正确的是 A.这个实验用事实证明了光具有波动性 B.圆孔变小，衍射图样的范围反而变大 C.圆孔变小，中央亮斑的亮度反而变大 D.不同波长的光对应衍射图样完全相同 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 圆孔变小，衍射现象更明显，即衍射图样的范围反而变大，故B正确； 圆孔变小时，光透过的能量会变小，而 中央亮斑面积会变大，所以亮度会变暗，故C错误； 用不同波长的光做实验，衍射图样不完全相同，相同孔径时，波长越长，则亮斑会越大，故D错误； 衍射实验证实了光具有波动性，故A正确。 3.(2024·绵阳市高二期末)光照射不透明的小圆板时，在圆板阴影的中心出现泊松亮斑。泊松亮斑的形成是由于 A.光的干涉 B.光的衍射 C.光的折射 D.光的偏振 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，这就是泊松亮斑，是单色光绕过不透光的圆板发生衍射形成的，故选B。 考点二　光的偏振 4.(多选)(2024·自贡市高二期末)下列有关光的叙述中，正确的是 A.立体电影的制作与观看是应用光的偏振现象 B.相机镜头表面镀上一层增透膜是应用光的衍射现象 C.茶色眼镜利用了光的偏振现象 D.拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水 面反射光的影响 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 立体电影的制作与观看是应用光的偏振现象，放映时用双镜头放映机，每个镜头前有透光方向不同的偏振片，观众戴的眼镜也有相应方向的偏振片，这样每只眼睛只能看到一个镜头所投影的图像，故A正确； 相机镜头表面镀上一层增透膜是应用光的干涉原理，对反射光进行振动减弱，从而使透射光增加，故B错误； 茶色眼镜的镜片是有色镜片，它只能通过与镜片相同颜色的光，以减弱光的透射，不是偏振现象，故C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响，故D正确。 5.用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯O发出的光通过两个透光方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是 A.白炽灯发出的光是纵波 B.偏振片Q起到检偏的作用 C.光束Ⅱ中光的振动方向与透光方向垂直 D.将偏振片P以光传播方向为轴转动45°，光束Ⅲ将消失 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 光是一种横波，A错误； 白炽灯发出的光经过偏振片P后就成为了偏振 光，又经与P透光方向平行的偏振片Q照到光屏上，所以偏振片Q起到检偏作用，B正确； 光束Ⅱ中的光是经偏振片P透射来的，所以光束Ⅱ中光的振动方向与透光方向不可能垂直，C错误； 将偏振片P以光传播方向为轴转动45°，光束Ⅲ将会减弱但不会消失，D错误。 6.(多选)当以入射光线的方向为轴转动偏振片时，通过偏振片观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板，看到现象有何不同 A.观察电灯和烛焰时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化 B.观察电灯和烛焰时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化 C.观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化 D.观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 通过偏振片去观察电灯、烛焰时，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，但光的强弱没有改变；月球和黑板反射的光已经是偏振光，它通过偏振片透射过来的光线强弱会随偏振片的旋转发生变化，故B、D正确，A、C错误。 考点三　激光 7.(2023·重庆市巴南区高二月考)2023年诺贝尔物理学奖颁发给“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒激光的实验方法”方面所做出贡献的三位科学家。下列关于激光的特性及其应用，正确的是 A.实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光纯 净度高 B.医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性 C.激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的方向性好 D.激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的强度大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光纯净度高，频率单一，相干性好的特点，故A正确； 医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的亮度高，强度大，能量集中的特点，故B错误； 激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高，强度大，能量集中的特点，故C错误； 激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的方向性好，故D错误。 8.(2023·重庆市沙坪坝区高二期末)用如图所示装置研究偏振现象，P1，P2是两块完全相同的圆形偏振片，A、B为观测点，A、B和两块偏振片的中心共线，且偏振片与AB连线垂直，两偏振片可绕AB连线转动，下列说法正确的是 A.固定P1，转动P2，则A、B处光强均发生变化 B.固定P2，转动P1，则A、B处光强均不发生变化 C.同时转动P1和P2，A处光强不变，B处光强可能变化 D.同时转动P1和P2，A、B处光强均发生变化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 自然光沿着各个方向振动的光波强度均相同，故无论是否转动P1，A处光强不变，故A、D错误； 若转动P1，固定P2，当两偏振片的狭缝平行时， B处光强最大，当狭缝垂直时，B处光强最小，故B处光强可能变化，故B错误； 同时转动P1和P2，同理当两偏振片的狭缝平行时，B处光强最大，当狭缝垂直时，B处光强最小，故B处光强可能变化，故C正确。 9.(多选)(2023·凉山高二月考)下列关于光的干涉、衍射、偏振以及激光的说法中，正确的是 A.“闻其声而不见其人”是因为光不能发生衍射 B.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的干涉现象 C.日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使 景像更清晰 D.激光全息照相是利用了激光相干性好的特征 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 “闻其声而不见其人”说明声音能发生衍射现象，光没有发生明显的衍射现象。光在一定条件下也能发生衍射，故A错误； 通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，故B错误； 日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰，故C正确； 激光全息照相是利用了激光相干性好的特性，故D正确。 10.(多选)激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，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，形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的 A.单色性好 B.方向性好 C.高能量 D.相干性好 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由于激光站与火箭相距较远，为了减少能量损失，利用了激光具有很好的方向性的特点，同时利用激光的高能量特点，故选B、C。 11.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列说法正确的是 A.这里应用的是光的衍射现象 B.这里应用的是光的干涉现象 C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 若障碍物的尺寸与光的波长相比差不多或更小，衍射现象较明显。通过观察屏上条纹的变化情况，从而监控抽制的细丝的情况，如果屏上条纹变宽，表明衍射现象更明显，即抽制的丝变细，故A、D正确。 12.(2023·上海市徐汇区期中)利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，O处为光屏，被测样品P置于A、B之间。测量步骤如下： (1)不放P时，旋转B直到O处光强最强时 停止旋转； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (2)A、B之间放入P，到达O处的光强会______(选填“增强”或“减弱”)； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 减弱 未加糖水时，A和B的透光方向平行，透射光最强，偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，所以通过糖水后的光的偏振方向与B的透光方向有一夹角θ，不再平行，到达O处光的强度会明显减弱。 (3)将偏振片B缓慢转动，使得O处光的强度第一次达到_____(选填“最弱”或“最强”)，此时B转过的角度就是旋光角θ。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 最强 将偏振片B缓慢转动，使得O处光的强度第一次达到最强，通过糖水后的光的偏振方向与B的透光方向再次平行，此时B转过的角度就是旋光角θ。 返回 BENKEJIESHU 本课结束 条纹甲和乙都是平行等距的，都是干涉条纹，则甲和乙对应的P是双缝，根据Δx＝λ可知，甲条纹间距较小，则甲双缝间距较大，故A正确，B错误； $