4.6 光的衍射与偏振 课件-2025-2026学年高二上学期物理教科版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦光的衍射、偏振及激光，通过单缝/圆孔/圆板衍射现象引入，衔接光的波动性知识，以对比分析（如单缝衍射与双缝干涉）和思考题搭建学习支架，帮助学生构建完整知识脉络。 其亮点在于结合实验现象（如泊松亮斑）和例题辨析，通过科学思维中的模型建构与科学推理，强化物理观念。丰富的应用案例（偏振片、激光医学）提升科学探究能力，助力学生深化理解，也为教师提供结构化教学资源，提高课堂效率。

第 6 节 光的衍射与偏振 一、光的衍射 1.定义：光通过很小的狭缝时，明显地偏离了原来的方向。按照直线传播的规律应该属于阴影的区域也会出现明条纹；反之，应该属于亮区的地方也会出现暗的区域。这种现象叫作光的衍射。 衍射时产生的明暗相间的图样叫作衍射图样。 任何障碍物都可以使光发生衍射，衍射是波所特有的现象 2.发生明显衍射的条件 孔或障碍物的尺寸与光的波长比差不多，甚至比光的波长还小 注意：光的衍射不需要条件，只是有的明显有的不明显 3.光的衍射现象进一步证明了光具有波动性。 二、单缝衍射图样 1.单色光 （1）中央亮纹较宽较亮 （2）两边是对称、明暗相间且不等间距的条纹 （3）亮条纹的强度向两边很快减弱，逐渐变暗变窄 思考1：中央亮纹的宽度与哪些因素有关？ 波长越长，中间条纹更宽，条纹间距更大，衍射越明显 单缝越窄，中间条纹更宽，条纹间距更大，衍射越明显。 思考2：如果用白光照射，衍射条纹如何？为什么？ 2.白光：中央是一条白色条纹，两边是很快减弱的彩色条纹 3.单缝衍射与双缝干涉条纹的区别 干涉：各明纹或暗纹宽度和亮度基本相同 条纹间距相等（d<<L时） 衍射：中央条纹最宽最亮， 两侧条纹宽度和亮度逐渐减小 条纹不等间距 二、单缝衍射图样 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 3.单缝衍射与双缝干涉条纹的区别 二、单缝衍射图样 三、圆孔衍射图样 A B S 1.现象：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。 2.特点： 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； 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。 四、圆板衍射(泊松亮斑) 1.现象：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.特点：中央有较小的亮斑，圆板阴影的边缘模糊，阴影外有不等间距的明暗相间的圆环 　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 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 √ 　例2 (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 √ √ √ 是横波特有的现象 五、光的偏振 横波会发生偏振现象，纵波不会发生偏振现象。 偏振 思考：我们能否利用类似的实验来判断光波是横波还是纵波？ 五、光的偏振 1.光有偏振现象，说明光是横波。 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.偏振片：用特定的材料制成，它有一个特殊的方向叫作透光方向。只有振动方向与透光方向平行的成分才能通过偏振片。 在自然光（如灯光、太阳光）传播的方向上放一偏振片，只有振动方向与偏振片透光方向平行的成分可以通过偏振片，从而得到线偏振光。 P 明 P 明 P Q 暗 P---起偏器 Q---检偏器 五、光的偏振 五、光的偏振 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)偏光眼镜：在观察某些实物时，由于物体表面强烈的反射光的干扰看不清楚，戴上偏光眼镜，使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景像清晰． (3) 3D立体电影（教材P120发展空间） 例3 (多选) 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 √ √ 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； 例4(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 √ √ 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。 　例5 (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 √ √ 六、激光 1.产生机理 某些物质的原子受到光或电的刺激后，使低能级的原子变成高能级原子，再向低能态跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，这种光叫作激光。 2.特性 ①强度大：能量高度集中，用于工业切割、焊接；医学“光刀”、焊接。 ②方向性好：平行度高，光束几乎不发散。 常用于测距、测速、信息存储和阅读（DVD、CD唱机、计算机光盘） ③单色性好 ④相干性好：激光的频率单一，易于产生干涉。用于光纤通讯、激光全息照相等 ⑤覆盖波段宽而且可调谐 3.应用 激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排 例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 √ 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。 例7 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 √ 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。 印 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $