4.6 光的衍射和偏振 4.7 激光 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件围绕光的衍射、偏振和激光展开，通过调节狭缝与圆孔大小的情境实验导入，结合现象与成因表格，帮助学生从光的直线传播过渡到衍射，建立知识支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过实验观察（如单缝/圆孔衍射）和科学思维（衍射与干涉对比）培养学生物理观念，结合3D电影等生活实例。结构化小结便于梳理知识，助力学生理解应用，也为教师提供清晰教学流程。

null激光是人类的重要发明之一，被称为最亮的光。日常生活中我们也能经常看到各种激光的应用，比如激光美容、激光焊接、激光灭蚊器等等，今天我们一起详细了解一下激光及其产生的原理。激光是什么？激光是一种利用激光器产生特殊光束的光源。激光器通过受激辐射过程，将能量从外部光源或电力源输入到物质中，产生了激射光。激光器是由能够放大光的活性介质和光学反射镜组成的光学器件。激光器中的活性介质通常是经过选择和处理的材料，它的特性决定了激光的输出波长。 在激光发射器前放一个可以调节的狭缝，缝后放一光屏。当缝比较宽，时光沿着直线方向通过狭缝，在屏上产生一条跟缝宽相当的亮线。当把缝宽调到大约等于波长时，亮线的宽度增大，出现了一条条亮线和暗线，这表明光没有沿直线传播，绕过了缝的边缘，这就是光的衍射现象。 High School Physics 红光 单缝宽0.4mm 红光 单缝宽0.8mm 蓝光 单缝宽0.8mm 学习目标 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 02 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 01 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 03 重点 重难点 了解激光的特点及应用 04 难点 光的衍射 01 1.用单色平行光照射一狭缝可调的挡板AB，在狭缝后放置一光屏，从大到小地调节狭缝的大小，在光屏上可以观察到什么现象？ 说明了什么？ 公司logo 公司logo 情境导入 狭缝的大小 实验现象 成因说明 较宽 较窄 亮的光带 光沿直线传播 中央亮且宽，两边对称分布、明暗相间的光带 光绕过了狭缝边缘传播 公司logo 公司logo 情境导入 2.让一单色光源发出的光照射一个尺寸可调的圆孔，在圆孔的后面放置一光屏，从大到小地调节圆孔的大小，在光屏上可以观察到什么现象？说明了什么？ 公司logo 公司logo 情境导入 圆孔的大小 实验现象 成因说明 较大 足够小 亮的圆形光斑 光沿直线传播 中央亮、周围明暗相间的圆形光环 光绕过了孔的边缘传播 公司logo 公司logo 情境导入 光的衍射 1.光的衍射现象 光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，会偏离原有直线传播的途径而绕到障碍物后面的现象。 公司logo 公司logo 核心知识 2.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，甚至比光的波长还小。 说明： 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。 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。 公司logo 公司logo 核心知识 (1)狭缝衍射(又称单缝衍射) 3.三种衍射图样的特点 ①单色光通过狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹。 中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄。 公司logo 公司logo 核心知识 (1)狭缝衍射(又称单缝衍射) 3.三种衍射图样的特点 ②波长一定时，单缝窄的中央亮条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央亮条纹宽，条纹间距大。 红光 单缝宽0.4mm 红光 单缝宽0.8mm 蓝光 单缝宽0.4mm 公司logo 公司logo 核心知识 光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环。 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，波长越长，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 (2)圆孔衍射 公司logo 公司logo 核心知识 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。 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)，圆板阴影边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 (3)圆板衍射(泊松亮斑) 公司logo 公司logo 核心知识 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。 公司logo 公司logo 思考与讨论 1.关于衍射图样，下列选项正确的是 A.甲图是白光的单缝衍射条纹 B.乙图是单色光单缝衍射产生的图样 C.丙图是科学家泊松在实验中首次观察到的泊松亮斑 D.丁图是物理学家沃森和克里克做实验获得的一系列DNA纤维的电子射线衍射图样 √ 例题 白光的单缝衍射图样是彩色的直条纹，甲图是光经过大头针尖时的图样，选项A错误； 乙图是单色光单缝衍射产生的图样，是明暗相间的直条纹，中间是亮纹，选项B正确； 丙图是阿拉果在实验中首次观察到的泊松亮斑，光线照射到圆板上，在圆板的后面出现一个亮斑，选项C错误； 丁图是物理学家威尔金斯和富兰克林做实验获得的一系列DNA纤维的X射线衍射图样，选项D错误。 2.(2025·湛江市第二十中学高二期中)如图四种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是 A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫 √ 例题 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a、c两个是双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距Δx=λ可知波长λ越大，Δx越大，故a是红光，c是蓝光。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故b、d是单缝衍射图样，b为紫光的单缝衍射图样，d为黄光的单缝衍射图样。故从左向右依次是红光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和黄光(单缝衍射)。所以选项B正确，选项A、C、D错误。 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 条纹间距相等 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻亮(暗)条纹等间距 亮度 中央最亮，越向两侧条纹越暗 各亮条纹亮度基本相同 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 单缝衍射与双缝干涉的比较 公司logo 公司logo 总结提升 光的偏振 02 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。 公司logo 公司logo 观察与思考 偏振现象 当狭缝方向与绳振动方向相同时，绳上横波可以传过去；狭缝方向与绳振动方向垂直时，绳上横波就不能通过了，这种现象叫作偏振。 横波特有 公司logo 公司logo 核心知识 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特殊的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作透振方向。 示意图 箭头表示透振方向 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； 垂直时，光不能通过偏振片； 于两者之间时，光只能部分通过偏振片。 公司logo 公司logo 核心知识 3.光有偏振现象，说明光是横波。 2.偏振光 具有特定振动方向的光。 公司logo 公司logo 核心知识 4.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。 公司logo 公司logo 核心知识 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。 (3)3D电影原理 公司logo 公司logo 核心知识 如图，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。 公司logo 公司logo 思考与讨论 (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。 公司logo 公司logo 思考与讨论 3.如图所示，电灯S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，却看不到光亮，下列说法中正确的是 A.电灯S发出的光是偏振光 B.以SP为轴转动A，Q处将出现明暗交替的现象 C.将B沿SP向A平移至某位置时，在P处看到光亮 D.以SP为轴将A转过45°，在P处看到光亮 √ 例题 电灯S发出的光，包含着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，属于自然光，故A错误； 自然光经过偏振片A形成偏振光，以SP为轴转动A，Q处光波的强度没有变化，一直有光亮，不会出现明暗交替的现象，故B错误； 无论将B沿SP向A平移至何位置，透过A的偏振光的振动方向始终与B的透振方向垂直，在P处始终看不到光亮，故C错误； 由于此时人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，说明A、B透振方向垂直，以SP为轴将A转过45°，则透过A的偏振光的振动方向将存在平行于B透振方向的分量，此时将有部分光可以透过B，在P处可以看到光亮。故D正确。 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 公司logo 公司logo 总结提升 激光 03 公司logo 公司logo 情境导入 激光 1.激光的特点和应用 单色性好 激光发射的光谱宽度很窄 特性 特点 应用 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 公司logo 公司logo 核心知识 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 特性 特点 应用 激光测距，目标跟踪 亮度高 激光亮度比普通光源1012~1019倍，是目前最亮的光源，强激光甚至可产生上亿度高温 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 公司logo 公司logo 核心知识 如果能够把物体各点发出的光波的振幅与相位同时记录下来(全息记录)的照相叫作全息照相。 2.全息照相 全息照相利用了激光的相干性、平行度好和亮度高的特点。 公司logo 公司logo 核心知识 4.(多选)有关激光的特点与应用，下列说法正确的是 A.激光是一种人工产生的相干光，全息照相技术，利用了激光相干 性高的特点 B.激光具有良好单色性，光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物 C.激光在医学上被当作“光刀”使用，但其亮度还不足以在金属上打 孔、切割、焊接 D.激光的相干性好，任何两束激光都能发生干涉 √ √ 例题 激光是一种人工产生的相干光，全息照相技术，利用了激光相干性高的特点，故A正确； 激光具有良好的单色性，光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，故B正确； 激光在医学上被当作“光刀”使用，可以在金属上打孔、切割、焊接，故C错误； 激光相干性好，但频率不相同的两束激光不会发生干涉，故D错误。 光的衍射和偏振 激光 发生明显衍射现象的条件：缝或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者比波长更小。 光的衍射 三种衍射图样：单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射 激光 激光的特点：强度大、方向性好、单色性好、相干性好、覆盖波段宽而且可调谐 激光的应用：激光加工、通信、检测、医学、照排 光的偏振 偏振光：具有特定振动方向的光。 光有偏振现象是横波 偏振现象应用：相机镜头、立体电影、液晶显示器 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.12.100 Lavf52.84.0 $null这是一副偏光眼镜，我们把它放到显示器面前，看起来它和普通眼镜没什么区别，但是当我们把它旋转一定角度，镜片中的图像开始慢慢变暗，最后竟然神奇的消失了，我们接着转动眼镜，镜片中图像又逐渐变得清晰，这是为什么呢？原来这是一种偏振现象。偏振现象是指在光的传播过程中，其振动方向和传播方向的不对称性。在垂直于光的传播方向上，存在着每个方向的震动，而且它们的振动强度都相同。如果此时我们拿一张刻有平行窄峰的偏振片放在光的传播方向上，那么就只有振动方向和这些窄缝相平行的光才能穿过，而其他振动方向上的光则被挡住。我们把穿过偏振片的这些光称为偏振光，而显示器发出的光就是一种偏振光。当偏光眼镜的通光格栅和显示器发出的光振动平面平行时，我们就能正常看到上面的内容。而当偏光眼镜的通光格栅和显示器发出的光振动平面垂直时，我们则看不到任何显示内容。正因为偏光眼镜的这种特征，决定了它和我们日常所使用的其他眼镜有本质的区别。此外，偏光镜还被广泛应用在户外运动、摄影摄像中，比如滑雪运动员佩戴的滑雪护目镜，它可以有效隔绝强烈的太阳直射光和雪地反射光，在保护眼睛的同时也可以让运动员的视野更清晰。另外，在一些工业生产中，同样会利用偏振效应来检测检验产品的质量，比如常见的直尺，在偏光镜片的观察下，可以直观的发现我们肉眼无法看到的问题，以便在以后的生产过程中调整完善。本期视频到此结束，喜欢的话还请点赞关注。 null