第四章 第六节 光的衍射和偏振 第七节 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（粤教版）

该高中物理课件围绕光的衍射、偏振及激光展开，以“蜡烛照可调节孔挡板”实验导入，从孔大到小依次呈现亮斑、小孔成像、衍射圆环，引导学生建立光的传播从直线到衍射的认知，搭建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于通过实验观察（科学探究）和对比表格（如单缝衍射与双缝干涉的条纹特点比较）建构物理模型（科学思维），结合偏振片应用、激光特性例题培养学生分析能力。学生能直观理解抽象概念，教师可借助丰富案例提升教学效率。

DISIZHANG 第四章 第六节　光的衍射和偏振 第七节　激光 1 1.通过观察演示实验，知道光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件(重点)。 2.通过分析衍射条纹的特点，能正确区分衍射条纹和干涉条纹(重难点)。 3.观察光的偏振现象，知道光是一种横波，能解释生活中的常见偏振现象(难点)。 4.了解激光的特点及应用。 学习目标 2 一、光的衍射 二、光的偏振 课时对点练 内容索引 三、激光 3 光的衍射 一 4 蜡烛照到可调节孔大小的挡板上，将孔由大逐渐调小的过程中，光屏上会出现什么图样？说明其中的道理。 答案　(1)当孔较大时，在光屏上形成类似孔的亮斑，这是光沿直线传播的结果。 (2)当孔变得较小时，在屏上形成烛焰的倒像(小孔成像)。 (3)当孔再变小时，在屏上形成明暗相间的圆环，这是光发生衍射的结果。 1.光的衍射：用单色平行光照射狭缝，当缝很 时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了 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 ，致使影的轮廓模糊不清，出现 的条纹。 说明：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加强或者削弱的结果，所以说衍射中也存在干涉现象。 3.发生明显衍射现象的条件：障碍物或狭缝的尺寸可以与光的波长相当，甚至比光的波长 。 梳理与总结 窄 相当宽 明暗相间 衍射 还小 4.三种衍射图样的特点 (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； 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”)的中央亮条纹宽，条纹间距大。 明暗相间 最宽最亮 窄 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。 (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。 讨论与交流 1.光通过狭缝时会产生明显的衍射现象，光通过比较宽的缝隙时我们看到“光沿直线传播”，此时光是不是就不发生衍射了？ 答案　不是。当狭缝或障碍物尺寸与光的波长相当或比波长还小时，会有明显衍射，狭缝较宽时，仍有衍射，只是不明显。 2.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 　(2024·江门市广雅中学高二月考)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，下列说法正确的是 A.甲图的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆板 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 板中心确实有这个亮斑 C.不管是圆孔衍射还是圆板衍射，影像的边缘轮廓都是清晰的 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1 √ 题图乙的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆板衍射，故A错误； 题图乙的亮斑是“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错误； 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。 　如图所示的四种明暗相间的条纹分别是黄光、紫光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及红光、蓝光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示明条纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，明条纹的颜色依次是 A.黄蓝紫红 B.黄红紫蓝 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫 例2 √ 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故1、3是双缝干涉图样， 故1是黄光的干涉图样，3是紫光的干涉图样。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，故2、4为单缝衍射图样，根据波长越长衍射现象越明显，可知4为红光的衍射图样，2为蓝光的衍射图样。故从左向右依次是黄光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、紫光(双缝干涉)和红光(单缝衍射)，故选A。 总结提升 种类 项目 单缝衍射 双缝干涉 图样     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 　(2023·潮州市金山中学高二段考)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则下列描述正确的是 A.这是利用光的直线传播现象 B.这是利用光的干涉现象 C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了 D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了 例3 √ 当障碍物的尺寸与波的波长相当，或小于波的波长，会发生明显的衍射，该装置的原理是利用光的衍射现象，故A、B错误； 如果屏上条纹变宽，说明衍射现象更加明显，则抽制的丝变细了，故C错误，D正确。 返回 光的偏振 二 20 结合绳波和弹簧波的特点，分析这两种波能否通过狭缝？ 答案　当绳波振动方向与狭缝方向一致时，绳上的横波能穿过狭缝，当绳波振动方向与狭缝方向不一致时，绳上的横波不能穿过狭缝；在弹簧上传播的纵波，无论狭缝的方向如何，波都能穿过。 1.横波有偏振性，纵波不具有偏振性。 2.偏振片：是一种由特殊的材料制成的元件，有一个 的方向，叫作“透振方向”。 说明：当光的振动方向与透振方向平行时，光能完全通过偏振片；当光的振动方向与透振方向垂直时，光不能通过偏振片；当处于两者之间时，光只能部分通过偏振片。 梳理与总结 特殊 3.偏振光：具有特定振动方向的光。 4.光的偏振性验证了光是一种 波。 5.偏振现象的应用 (1)偏振光眼镜：保护眼睛免受强反射光的伤害，有效地衰减进入眼睛的强光。 (2)摄影技术的应用：通过偏振滤光片，有效地减弱水面、玻璃面反射光的作用，从而获得清晰的照片。 横 (3)3D电影原理：在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向互相垂直。观众所戴的偏振眼镜的两只镜片透振方向互相垂直，且左眼镜片与左放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片与右边放映机前偏振片的透振方向一致。这样，每只眼睛只能看到相应的偏振光图像，这样就会产生立体感。 如图所示，观察光源(或阳光)通过偏振片后透射光的强度变化 (1)让阳光或灯光通过偏振片 P，在 P 的另一侧观察，透射光的强度有什么变化？如果以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强度又如何变化？ 答案　可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些；继续旋转偏振片 P，透射光的强度不发生变化。 讨论与交流 (2)在偏振片 P 的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片 Q，观察通过两块偏振片的透射光的强度有什么变化？ 答案　当偏振片Q的透振方向与偏振片 P的透振方向平行时，穿过Q的光最强；继续旋转偏振片Q，亮度变暗，当偏振片Q的透振方向与偏振片 P的透振方向垂直时，光不能透过Q。 　(多选)如图所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光 A.太阳光 B.沿竖直方向振动的光 C.沿水平方向振动的光 D.沿与竖直方向成45°角的方向振动的光 例4 √ √ √ 偏振片只让沿某一方向振动的光顺利通过，当偏 振片的透振方向与光的振动方向的夹角不为90°时， 有光透过偏振片，但透射光的强度变弱。太阳光是自然光，光波可沿垂直于光传播方向的任意方向振动，所以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，也可看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与偏振片的透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45°角的方向振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光，故选项A、B、D正确，C错误。 总结提升 自然光与偏振光的比较   自然光 偏振光 不 同 点 光的 来源 太阳、蜡烛、日光灯及发光二极管等普通光源直接发出的光 自然光通过偏振片后的光或由某种介质反射或折射的光 光的振 动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光波的强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向(与偏振片透振方向一致) 相同点 不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直 返回 激光 三 30 特性 特点 应用 单色性好 激光发射的光谱宽度很窄 单色光源 相干性好 激光是人工产生的相干光束，具有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的特点 相干光源 平行度好 激光束的发散角很小，方向性很强，能量在空间高度集中，不容易发散 激光测距，目标跟踪等 亮度高 激光的亮度比普通光源高出1012～1019倍，是目前最亮的光源，强激光甚至可产生上亿度的高温 工业上激光切割、焊接，医学上用激光做“光刀”，美容上的“激光祛斑”，军事上的激光武器等 　(2023·深圳市宝安中学高二期中)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，是利用激光的平行度好 D.激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的亮度高 例5 √ 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，选项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，选项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，选项C错误； 激光能够比较精确测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好，选项D错误。 返回 课时对点练 四 34 考点一　光的衍射 1.下列现象中属于光的衍射现象的是 A.雨后天空美丽的彩虹 B.阳光下肥皂膜的彩色条纹 C.光通过三棱镜产生的彩色条纹 D.对着日光灯从两铅笔缝中看到的彩色条纹 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 雨后天空美丽的彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成的，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫作光的色散现象，故A错误； 阳光照射在肥皂泡上出现彩色条纹属于光的干涉，故B错误； 一束白光通过三棱镜产生的彩色条纹属于光的折射现象，故C错误； 通过两铅笔缝观察日光灯可看到彩色条纹，属于单缝衍射，故D正确。 2.某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽度为0.05 mm的窄缝(水平)，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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，D对。 3.在白炽灯的照射下能从两块捏紧的玻璃板的表面看到彩色条纹，通过游标卡尺的狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹。这两种现象 A.都是光的衍射现象 B.都是光的干涉现象 C.前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象 D.前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 两块捏紧的玻璃板之间形成空气薄膜，在白光的照射下能从玻璃板表面看到彩色条纹是光的干涉现象；通过游标卡尺的狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，是光的衍射现象。故选C。 4.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前传播方向上放置的装置，以下说法正确的是 A.甲是单缝、乙是双缝 B.乙是双缝、丙是小圆孔 C.丙是小圆孔、丁是小圆板 D.甲是双缝、丁是小圆孔 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 衍射图样中间是明条纹，越向两侧条纹宽度越小，干涉图样的明暗条纹宽度相等，可知题图甲是双缝干涉条纹，题图乙是单缝衍射条纹；根据圆孔衍射与圆板衍射的区别可知，圆孔衍射的图样中央较大的区域是亮的，周围是明暗相间的圆环，圆板衍射的图样中间较大的区域是暗的，在暗区域中心存在一亮斑，可知题图丙是圆孔衍射图样，题图丁是圆板衍射图样，所以C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 考点二　光的偏振 5.夏天柏油路面上的反射光是偏振光，其振动方向与路面平行。人佩戴的太阳镜的镜片是由偏振玻璃制成的，镜片的透振方向应是 A.竖直的 B.水平的 C.斜向左上45° D.斜向右上45° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 太阳镜的镜片是由偏振玻璃制成的偏振片，该偏振片的透振方向与反射光的振动方向垂直，由于反射光的振动方向与路面平行，则镜片的透振方向沿竖直方向。故选A。 6.(多选)当以入射光线为轴转动偏振片时，通过偏振片观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板，看到的现象有何不同 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 电灯和烛焰发出的光为自然光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同；观察到的月球和反光的黑板的光为反射后的光，为偏振光，在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。故选B、D。 考点三　激光 7.关于激光，下列说法正确的是 A.激光是自然界中某种物质直接发光产生的 B.激光的相干性好，任何两束激光都能发生干涉 C.用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环 D.激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 激光是人造光，不是自然界中某种物质直接发光产生的，故A错误； 激光相干性好，但只有频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两束激光才能发生干涉，故B错误； 用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等，故C错误； 激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息，故D正确。 8.使激光束的宽度在纳米级范围内，可恢复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，将至今尚令人类无奈的癌症彻底根除，这主要是利用激光的 A.单色性 B.方向性 C.高能量 D.偏振性 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 激光由于能将巨大能量高度集中地辐射出来，所以在医学上做“光刀”切开皮肤、切除肿瘤或做其他外科手术，故C正确。 9.(多选)发生沙尘暴时能见度只有几十米甚至几米，天空变黄变暗是由于 A.波长较短的光才能到达地面 B.波长较长的光才能到达地面 C.频率较高的光才能到达地面 D.频率较低的光才能到达地面 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 发生沙尘暴时，当光的波长与沙尘颗粒的尺寸相当或明显大于沙尘颗粒的尺寸时，会发生明显衍射而到达地面，而根据c＝λf可知波长越长，频率越低，因此天空变黄变暗是由于波长较长、频率较低的光才能到达地面，故选B、D。 10.(多选)(2023·深圳市翠园中学期中)下列关于光的特性的说法中，正确的是 A.太阳光不显示出偏振性，月光显示出偏振性 B.泊松亮斑属于光的衍射现象，能够说明光具有波动性 C.利用激光平行度好的特性，可以精准定位远距离目标 D.光是纵波，它的传播不需要介质 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 太阳光是自然光，各个方向振动的光的强度相同，月光是偏振光，故A正确； 当单色光照射在直径恰当的小圆板时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑。衍射说明光具有波动性，故B正确； 激光平行度好，不容易发散，方向性强，故C正确； 光的传播不需要介质，但光是横波而不是纵波，D错误。 11.(多选)如图(a)所示是做双缝干涉实验的示意图。先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上、下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝。若两块滤光片一块是红色、一块是蓝色，红光波长大于蓝光波长，则 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A.完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色 条纹 B.完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹 C.完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色 条纹 D.完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色 条纹 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样。题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹。操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)图案，由图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确； 操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上出现题图(c)图案，再结合波长关系可知，D正确。 12.夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与对面灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，以下措施可行的是 A.前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的 B.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是竖直的 C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45° D.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 尖子生选练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 若前窗玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平，从车灯发出的光经物体反射后将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，A错误； 若前窗玻璃与车灯玻璃的透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼，B错误； 若前窗玻璃透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透进本车车窗内，却可以透进对面车的车窗内，C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 若前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°，则车灯发出的光经物体反射后可以透进本车车窗内，且不可以透进对面车的车窗内，D正确。 返回 BENKEJIESHU 本课结束 根据Δx＝λ，可知波长λ越大，Δx越大， $