4.6 光的衍射和偏振 课件-2026-2027学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦光的衍射和偏振，通过光盘彩色光带视频导入，结合水波衍射类比活动引出衍射现象，再经单缝实验归纳衍射条件与图样，过渡到偏振现象证明光的横波性，构建连贯知识支架。 其亮点在于实验与视频结合，以问题驱动科学探究，如单缝衍射缝宽变化观察、偏振片检验实验，体现科学思维与物理观念。总结衍射条件、偏振应用等，助学生深化对光波动性的理解，教师可高效开展互动教学。

第四章 光及其应用 4.6 光的衍射和偏振 视频 光盘上为什么会出现彩色光带？ 观察任务：光盘表面有密集刻痕，相当于许多等间距的细缝。当白光照到光盘上，反射光中出现彩色光带。 问题：如果光只沿直线传播，这些彩色光带从何而来？ 光遇到细密结构后会偏离直线传播，并按不同颜色分开。 一、观察光的衍射现象 1. 从水波衍射类比光的传播 活动：观察水波通过宽度不同的狭缝后的传播情况。 问题：狭缝变窄时，水波传播到几何阴影区的程度怎样变化？ 狭缝越接近波长，水波越明显地绕过狭缝边缘继续传播。 一、观察光的衍射现象 3. 单缝实验：让光的衍射显现出来 视频 活动：让单色光通过宽度可调的狭缝，观察屏上图样。 问题1：狭缝较宽时，屏上亮区有什么特点？ 问题2：狭缝很窄时，亮条纹宽度和图样结构怎样变化？ 缝较宽时近似直线传播；缝很窄时中央亮条纹变宽，并出现明暗相间条纹。 一、观察光的衍射现象 4. 从图样归纳衍射现象 观察：中央亮条纹明显变宽，两侧出现较暗、较窄的明暗条纹。 问题：这说明光是否仍只在几何直线范围内传播？ 不是。光绕过了缝的边缘，传播到几何阴影区，这种现象叫光的衍射。 二、光的衍射条件与图样 1. 从缝宽变化看明显衍射 观察任务：比较两幅单缝衍射图样，找出中央亮条纹宽度的变化。 问题1：缝变窄时，中央亮条纹怎样变化？ 问题2：这说明衍射明显程度与缝宽有什么关系？ 缝越窄，中央亮条纹越宽，光偏离直线传播越明显。 归纳：当缝、孔或障碍物尺寸与光的波长相近，甚至更小时，衍射现象明显。 二、光的衍射条件与图样 2. 单缝衍射图样的特点 观察任务：从宽度、亮度和对称性三个方面描述图样。 问题：中央亮条纹和两侧亮条纹有什么差异？ 中央亮条纹最宽最亮；两侧亮条纹对称分布，逐渐变窄、变暗。 归纳：单缝越窄，衍射越明显，中央亮条纹越宽 二、光的衍射条件与图样 3. 区分单缝衍射与双缝干涉 问题：看到明暗相间的条纹时，怎样判断它更可能是单缝衍射还是双缝干涉？ 判断1：条纹是否基本等宽、等间距？ 判断2：中央亮条纹是否明显最宽、最亮？ 等宽等距更像双缝干涉；中央最宽最亮且两侧变窄、变暗，更像单缝衍射。 归纳：不要只看“有明暗条纹”，还要看条纹宽度和亮度分布。 二、光的衍射条件与图样 1. 圆孔衍射 活动：让单色光通过较大的圆孔和很小的圆孔，比较屏上图样。 问题：圆孔很小时，屏上图样还只是一个清晰圆形亮斑吗？ 不是。会出现中央亮圆和外侧明暗相间的圆环，边缘轮廓变模糊。 二、光的衍射条件与图样 2. 圆盘衍射与泊松亮斑 视频 情境：小圆盘挡住入射光，按照几何光学，圆盘后方应出现阴影。 问题：阴影中心为什么反而会出现亮斑？ 来自圆盘边缘各处的光发生衍射并在影中心加强，形成泊松亮斑。 三、光的衍射应用 1. 从多缝衍射观察光栅效果 视频 活动：观察羽毛或光盘等细密结构对光的作用。 问题：很多等间距细缝同时参与衍射时，图样有什么变化？ 条纹更窄、更亮，便于分辨和测量不同波长的光 三、光的衍射应用 3. X 射线衍射探测晶体结构 情境：晶体中原子规则排列，原子间距与 X 射线波长接近。 问题：为什么 X 射线可以用来研究晶体内部结构？ X 射线在晶体中发生明显衍射，图样中斑点的位置和强度包含结构信息。 四、光的偏振现象 1. 光是横波还是纵波 光的干涉和衍射说明光具有波动性，但还不能判断光波中振动方向与传播方向的关系。 思考1：机械波中，横波和纵波的振动方向有什么差别？ 横波的振动方向垂直于传播方向；纵波的振动方向沿传播方向。 思考2：如果某种现象只可能发生在横波中，能否用它判断光的横波性？ 可以。偏振现象正是判断横波的重要证据。 四、光的偏振现象 3. 狭缝怎样选择横波 绳波通过狭缝 纵波通过不同方向狭缝 思考：为什么横波会受到狭缝方向影响，而纵波不明显受影响？ 横波振动方向可与狭缝方向平行或垂直；纵波振动沿传播方向，不被横向狭缝取向选择。 四、光的偏振现象 4. 偏振现象 由绳波实验可见：只有某一方向振动的横波能顺利通过方向选择装置。 偏振现象：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定方向振动的波所表现出的方向选择现象。 归纳：只有横波会发生偏振现象，纵波不会发生偏振。 追问：若光能通过偏振片表现出类似的方向选择，就能说明什么？ 说明光是横波 四、光的偏振现象 1. 偏振片与透振方向 偏振片：由特定材料制成的光学器件，每个偏振片都有一个特定方向。 透振方向：沿这个方向振动的光波能顺利通过偏振片；与它垂直方向振动的光不能通过。 答案：偏振片相当于光波的“方向选择器”。 四、光的偏振现象 2. 自然光通过一块偏振片 视频 观察任务：转动一块偏振片，观察普通光源透射光强度是否明显变化。 思考：普通光源发出的光在各个振动方向上有什么特点？ 普通光源发出自然光，各振动方向均有分量且强度相同 四、光的偏振现象 4. 两块偏振片的检验 一块偏振片：旋转时亮度基本不变 两片平行：透射光较强 两片垂直：透射光最弱 思考：第二块偏振片为什么能检验第一块偏振片后的光？ 第一块使自然光变为偏振光，第二块透振方向改变时，能选择是否让该方向振动的光通过。 四、光的偏振现象 5. 偏振现象说明光是横波 视频 证据链： 1. 横波有不同振动方向，可被方向选择。 2. 偏振片对光也有方向选择作用。 3. 旋转检偏器时，透射光强随方向变化。 结论：光能发生偏振现象，说明光是横波。 注意：偏振现象不是判断光波动性的唯一证据，但它直接指向“横波性”。 五、偏振现象的应用 1. 偏振滤光片减弱反光 摄影时，水面、玻璃表面的反射光常会遮挡物体细节。镜头前加偏振滤光片，可以减弱某一方向振动的反射光。 思考：为什么旋转滤光片会改变反光强弱？ 反射光常含偏振成分，滤光片透振方向改变时，对这部分光的通过程度也改变。 五、偏振现象的应用 2. 3D电影中的偏振分光 放映立体电影时，两组略有差别的画面分别通过透振方向不同的偏振片投到银幕上。 观众佩戴偏振眼镜后，左、右眼分别接收对应偏振方向的画面，大脑综合后产生立体感。 归纳：偏振片能按振动方向分离光。 1.（多选）在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( ) A. 将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄 B. 使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄 C. 换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽 D. 增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽 ACD 3.（单选）下列现象中，属于光的衍射现象的是( ) A. 雨后天空出现彩虹 B. 通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹 C. 镀膜后，望远镜镜头透入光的亮度增强 D. 医院手术室使用无影灯 B 1.（多选）在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片 P 和 Q，在 Q 的后边放上光屏，下列说法正确的是（　　） A. Q 不动，旋转偏振片 P，屏上光的亮度不变 B. Q 不动，旋转偏振片 P，屏上光的亮度时强时弱 C. P 不动，旋转偏振片 Q，屏上光的亮度不变 D. P 不动，旋转偏振片 Q，屏上光的亮度时强时弱 E. 偏振现象表明光是横波 BDE 3.（多选）关于光的偏振，下列说法正确的是（　　） A. 自然光通过偏振片后就变成了偏振光 B. 立体电影利用了光的偏振现象 C. 拍摄水面、池中游鱼等景物时，可在镜头前装偏振滤光片，使图像清晰 D. 自然光在界面上发生反射与折射时，反射光与折射光的偏振方向都相同 ABC 现象 光绕过缝、孔或障碍物边缘，进入几何阴影区 条件 尺寸与波长相近或更小时，衍射明显 图样 单缝：中央亮条纹最宽最亮；圆孔：明暗圆环 应用 衍射光栅、X 射线衍射、晶体和 DNA 结构研究 直线传播没有被否定，它是在衍射不明显条件下的近似。 1. 只有横波会发生偏振现象，纵波不会发生偏振。 2. 自然光通过偏振片 P 时，只有振动方向与偏振片透振方向一致的光波才能顺利通过。 3. 偏振现象的应用：拍摄水面游鱼、玻璃橱窗陈列物时，加入偏振滤光片可减弱反射光干扰，提高成像清晰度。 Lavf58.33.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.12.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $