4.6 光的衍射与偏振　4.7 激光 课件-2025-2026学年高二上学期物理教科版选择性必修第一册

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。 nullHigh 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 观察光的偏振现象，知道光是横波，知道偏振现象的应用 02 观察光的衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件 01 了解激光的特征和应用 03 重点 光的衍射 01 小孔成像 说明光沿直线传播 双缝干涉 证明了光是一种波 波能发生干涉还可以发生衍射 公司logo 公司logo 情境导入 水波、声波都会发生衍射现象，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。 公司logo 公司logo 情境导入 光的衍射实验 公司logo 公司logo 观察与思考 光通过很小的狭缝时，明显地偏离了直线传播方向。按照直线传播的规律应该属于阴影的区域也会出现亮条纹；反之，应该属于亮区的地方也会出现暗的区域。 1.光的衍射 S 光的衍射 公司logo 公司logo 核心知识 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 红光 单缝宽0.4mm 红光 单缝宽0.8mm 蓝光 单缝宽0.4mm 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，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大。 公司logo 公司logo 核心知识 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。 (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。 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。 公司logo 公司logo 核心知识 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) ①若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 公司logo 公司logo 核心知识 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？ 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。 公司logo 公司logo 讨论交流 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明显衍射现象。 3.若让白光分别通过狭缝或圆孔，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。 公司logo 公司logo 讨论交流 (1)红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹。(　　) (2)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。 (　　) √ × 辨析 1.(2024·泸州市高二月考)关于光的衍射现象，下面说法正确的是 A.光通过小圆孔后在光屏上出现了泊松亮斑，说明发生了衍射 B.白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 C.光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射 D.红光的单缝衍射图样是不等间距的、红黑相间的直条纹 √ 例题 光照到不透明小圆板上出现泊松亮斑，说明发生了衍射，故A错误； 白光的单缝衍射图样，是彩色的直条纹，故B错误； 光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，但仍存在光的衍射，不过不明显而已，故C错误； 红光的单缝衍射图样，是不等间距的、红黑相间的直条纹，故D正确。 2.在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用红色平行光照射狭缝，光屏上出现如图所示的图样。可使中央亮条纹变宽的操作是 A.增大平行光的宽度 B.减小单缝的宽度 C.减小屏到单缝的距离 D.改用绿色平行光照射 √ 要使中央亮条纹变宽，即使衍射现象更明显，则可减小单缝的宽度，或者改用波长更大的平行光照射，因绿光的波长小于红光，则改用绿色平行光照射不能使中央亮条纹变宽，故选B。 例题 1.(多选)(2024·攀枝花市高二月考)某实验小组在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，得到如下四幅图样，下列有关说法正确的是 A.甲是单缝衍射图样 B.乙是双缝干涉图样 C.丙是小圆孔衍射图样 D.丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样 √ √ 公司logo 公司logo 针对训练 衍射与干涉图样的区别是：前者是中央亮条纹亮且宽大，越向两侧宽度越小，后者条纹间距相等，则甲是双缝干涉图样，乙是单缝衍射图样，故A、B错误； 单色光照射小圆孔做衍射实验时，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，条纹间距也不等，亮度向外逐渐变暗；而圆板衍射图样中间较大的区域是暗的，在暗区域中心存在一个比较小的亮点，可知丙是小圆孔衍射图样，丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样，故C、D正确。 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 公司logo 公司logo 总结提升 光的偏振 02 在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，如果不戴这副眼镜，银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么？ 公司logo 公司logo 情境导入 1.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 公司logo 公司logo 观察与思考 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，这个方向叫作透光方向。 示意图 箭头表示透振方向 公司logo 公司logo 核心知识 ②自然光 ①线偏振光 (3)光有偏振现象，说明光是横波。 (2)线偏振光和自然光 光振动的方向限在一个平面。 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。 公司logo 公司logo 核心知识 (3)各种液晶显示器。 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。 公司logo 公司logo 核心知识 3.(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 √ √ 例题 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处仍无法看到光亮；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处将看到光亮，故C错，D对。 2.(2024·自贡市高二月考)与光的偏振原理有关的是 A.泊松亮斑 B.3D电影 C.小孔成像 D.海市蜃楼 √ 泊松亮斑是光的衍射现象，故A错误； 3D电影的播放和观看利用了光的偏振现象，故B正确； 小孔成像利用的是光沿直线传播，故C错误； 海市蜃楼是由光在不均匀介质中发生折射造成的，故D错误。 公司logo 公司logo 针对训练 激光 03 公司logo 公司logo 情境导入 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 激光 1.激光的特性： 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等。 2.激光的应用： 公司logo 公司logo 核心知识 4.图中机器名为便携式激光清障仪，上方的树枝经过激光照射后断裂。下列关于激光的说法不正确的是 A.激光是频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波 B.激光修剪树枝是利用激光亮度高、能 量大的特点 C.激光测距利用了激光相干性好的特点 D.光纤通信是利用了激光能被调制，可 以用来传递信息的特点 √ 例题 激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性，故A正确； 激光修剪树枝是利用激光亮度高、能量大的特点，故B正确； 激光测距利用了激光平行度好的特点，故C错误； 光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号来调制，使其在光导纤维中进行传递信息，故D正确。 光的衍射与偏振 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 光的偏振 线偏振光：光振动的方向限在一个平面。 自然光：由大量的振动方向不同的线偏振光组成。 光有偏振现象是横波 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 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 $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。