学年高中物理第五章光的波动性第34节光的衍射与偏振激光教学案教科版选修34Word文档下载推荐.docx

学年高中物理第五章光的波动性第34节光的衍射与偏振激光教学案教科版选修34Word文档下载推荐.docx

《学年高中物理第五章光的波动性第34节光的衍射与偏振激光教学案教科版选修34Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高中物理第五章光的波动性第34节光的衍射与偏振激光教学案教科版选修34Word文档下载推荐.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

（2）圆孔衍射图样：

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。

如图5－3－1所示。

图5－3－1

②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。

③用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。

④白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。

⑤只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样。

在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑（光的直线传播）、光源的像（小孔成像）、明暗相间的圆环（衍射图样）。

（3）不透明的小圆板衍射图样（泊松亮斑）：

①中央是亮斑。

②周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。

2．单缝衍射和双缝干涉的比较

名称

项目　　

单缝衍射

双缝干涉

区别

产生条件

障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多

频率、振动方向相同，相位差恒定的两列光波相遇叠加

条纹宽度

条纹宽度不等，中央最宽

条纹宽度相等

条纹间距

各相邻条纹间距不等，越靠外条纹间距越小

各相邻条纹等间距

亮度

中央条纹最亮，两边变暗

清晰条纹，亮度基本相等

联系

干涉、衍射都是波特有的现象

干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（小试身手）

在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，图5－3－2四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是（　　）

图5－3－2

A．a、c　　　　　　　　　　B．b、c

C．a、dD．b、d

解析：

选D　a图中是等间距的光的干涉图样，b图是单色光的单缝衍射图样，c图是水波的衍射图样，d图是白光的单缝衍射图样，可见D正确。

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定的方向，只有沿这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做透振方向。

偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。

2．光的分类

（1）自然光：

太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着大量的、振动方向不同而互不相干的线偏振光。

（2）线偏振光

自然光通过偏振片后，只有振动方向与偏振片的透光方向平行的成分才能通过，得到的就是线偏振光。

3．结论

光的偏振现象证实光是横波。

1．自然光与偏振光的对比

自然光（非偏振光）

偏振光

光的来源

直接从光源发出的光

自然光通过偏振片后的光

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强度都相同

在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向（与偏振片的透振方向一致）

2.偏振光的产生方式

（1）自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也会变化。

自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°

时，反射光和折射光都是偏振光，且是完全偏振光，偏振方向相互垂直。

（2）自然光经过偏振片（起偏器）后能形成偏振光。

偏振光可以用另一个偏振片（检偏器）检验。

关于自然光和偏振光，以下说法正确的是（　　）

A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同

B．偏振光是垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光

C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光

D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光

选BD　由定义可知，自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同，故A错误。

自然光透过一个偏振片成为偏振光，但偏振光经过偏振片是不可以转化为自然光的，故C错误。

激　光

1．激光

原子受激辐射产生的光，它是人工产生的相干光。

2．激光的特点

（1）强度大：

激光的强度可达1017W/cm2。

（2）方向性好：

激光光束的发散角为10－3rad数量级。

（3）单色性好：

激光的谱线宽度可窄达Δλ<

10－8nm。

（4）相干性好：

一束激光中所有光的频率相同，振动完全相同。

（5）覆盖波段宽而且可调谐。

3．激光的应用

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、光盘等。

1．光的产生：

原子获得能量后处于不稳定状态，会以光子的形式向外发射能量，这个能量就是光。

2．自然光：

一般光源自发地发出光，所发出的光频率不一、相差不稳定、方向不同。

这种光是自然光，即普通光。

3．激光：

原子受到外来光子的激发，会发射出与这个外来光子“四同”（同频率、同相差、同偏振、同传播方向）的光，这种光就是激光。

4．激光的特点及其应用：

特点（与普通光）

特点内容

应用

相干性好

频率单一，相差恒定，易发生干涉现象，可像无线电波一样调制

光纤通信

光的干涉

激光全息照相

方向性

激光的方向性非常好，是一束几乎不发散的平行光，可以会聚到很小的点上

测距和跟踪目标DVD、CD唱片、计算机光盘

强度大

激光能在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量

“光刀”

激发核反应

关于激光与自然光，下列说法正确的是（　　）

A．激光是只含一种频率的光，而自然光是含有各种色光频率的光，所以激光的相干性好

B．自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的

C．激光和自然光都是横波

D．相干性好是激光与自然光的根本区别

选CD　激光的频率也有一定的范围，不能错误地理解激光单色性好的含义，所有的光都是由物质的原子发射的，故A、B错误。

不论是什么光都是横波，C正确。

由激光的特点可知，激光具有相干性，而自然光没有这个特点，则D正确。

对衍射现象的理解

[典题例析]

1．观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，看到的现象是（　　）

A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显

B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显

C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强

D．以上现象都不会发生

[思路点拨]　清楚发生明显衍射的条件；

衍射图样在单缝宽度变化时的变化规律。

由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大，将缝调宽，现象向相反方向变化，故选项A正确。

答案：

A

[探规寻律]

狭缝宽度越小，光衍射现象越明显，衍射条纹越宽，但因通过狭缝的光的能量减小，衍射条纹亮度减弱，因此，观察衍射现象时，并不是狭缝越窄越好。

[跟踪演练]

在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是（　　）

A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变小（λ黄>

λ绿）

B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变小

C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变大

D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变大

选ACD　当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大。

当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大。

光的波长一定、单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽。

故A、C、D均正确，B错误。

对光的偏振的认识

2．奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标，利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。

其原理是：

偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振光的偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关，将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。

如图5－3－3所示，S是自然光源，A、B是偏振片，绕中心轴转动偏振片B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间。

则下列说法中正确的是（　　）

图5－3－3

A．到达O处光的强度会明显减弱

B．到达O处光的强度不会明显减弱

C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，则偏振片B转过的角度等于θ

D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，则偏振片A转过的角度等于θ

[思路点拨]　光线经过被测样品后，偏振方向旋转了θ角度，要使光能穿过两偏振片，则A、B相差的角度也需是θ角。

根据题意可知，开始A、B两偏振片的透光方向相同，当被测样品置于A、B之间时，光线旋转一个角度θ，因此到达O处光的强度会明显减弱；

为了使得O处的光线强度最大，则必须将其中一个偏振片旋转角度θ，使光线穿过偏振片时，光的偏振方向与偏振片的透光方向一致，故A、C、D正确。

ACD

（1）自然光通过偏振片后，光的强度相同偏振方向可以不同。

（2）偏振光通过偏振片时，透光的强度与偏振方向和透振方向的夹角大小有关。

如图5－3－4所示，一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有（起偏器上用箭头表示其透射方向）（　　）

图5－3－4

选ABD　自然光通过起偏器后变为偏振光，能照亮光屏，A、B正确；

偏振光经过偏振片时，若偏振方向相互垂直，则无光通过，光屏上无亮光，C错误，D正确。

激光的应用

3．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲。

若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×

10－11s，波长为694.3nm，发射功率为1.0×

1010W，问：

（1）每个光脉冲的长度是多少？

（2）用红宝石激光器照射皮肤上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量达到60J以后，便逐渐消失。

一色斑的面积为50mm2，则它要吸收多少个红宝石激光脉冲，才能逐渐消失？

[思路点拨]　

（1）光脉冲的速度大小等于c。

（2）明确每个光脉冲的能量与脉冲个数的关系。

（1）光脉冲持续的时间为一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲的长度为Δl＝cΔt＝3.0×

108×

1.0×

10－11m＝3.0×

10－3m

（2）一个光脉冲所携带的能量为ΔE＝PΔt＝1.0×

1010×

10－11J＝0.1J

消除面积为50mm2的色斑需要光脉冲数为n＝

＝

个＝300个

（1）3.0×

10－3m　

（2）300个

一台激光器，它的功率为P，如果它发射出的单色光在空气中的波长为λ，则这束单色光的频率是________，它在时间t内辐射的光能为________。

如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为________。

根据v＝λf可得这束单色光的频率f＝

；

激光器在时间t内所做的功W＝Pt转化为光能。

这束单色光对该介质的折射率n＝

，设它从该介质射向真空发生全反射的临界角为C，则sinC＝

，所以有C＝arcsin

。

　Pt　arcsin

[课堂双基落实]

1．关于光的衍射现象，下面说法正确的是（　　）

A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹

B．白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹

C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明光发生了衍射

D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射

选AC　单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹。

光照到不透明小圆盘上，在其阴影处出现光点，是衍射现象。

光的衍射现象只有明显与不明显之分，选项D中屏上大光斑只是衍射现象不明显，不能认为不存在衍射现象。

2．下图5－3－5为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则（　　）

图5－3－5

A．甲为紫光的干涉图样　　B．乙为紫光的干涉图样

C．丙为红光的干涉图样D．丁为红光的干涉图样

选B　光通过双缝产生干涉图样，通过单缝产生衍射图样，选项C、D错误。

而干涉图样为明暗相间的条纹，且条纹间距为Δx＝

λ，光的波长越长，条纹间距越大，紫光的波长短，因而紫光干涉图样的条纹间距小，选项B正确。

3．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛，下面关于激光的叙述正确的是（　　）

A．激光是纵波

B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同

C．两束频率不同的激光能产生干涉现象

D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离

选D　激光是一种光，是横波，A错误；

频率相同的激光在不同介质中的波长不同，B错误；

两束频率不同的激光不能产生干涉现象，C错误；

利用激光平行度好的特点可以测距，D正确。

4．（江苏高考）如图5－3－6所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。

旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是________。

图5－3－6

A．A、B均不变B．A、B均有变化

C．A不变，B有变化D．A有变化，B不变

选C　因白炽灯发出的光为自然光，含各个方向的偏振光，且各个方向的偏振光的强度都相同，偏振片P和Q都只允许特定方向的偏振光通过，不管偏振片P旋转到任何位置都有光线通过，而且强度不变，所以A点的光的强度不变，当自然光通过偏振片P后变为偏振光，再通过偏振片Q，旋转偏振片P，当偏振片P和Q允许通过的方向相同，则B点最亮，当偏振片P和Q允许通过的方向垂直时，B点最暗，所以B点光的强度会发生变化。

所以只有C正确。

[课下综合检测]

1．以下哪些现象可以说明光波是横波（　　）

A．光的干涉　　　　　　　　B．光的偏振

C．光的色散D．光的反射

选B　光的干涉表明光的波动性，即光是一种波，选项A错。

光的偏振表明光是横波，因为只有横波能发生光的偏振现象，选项B正确。

光的色散可表明光是单色光还是复色光，选项C错。

光的反射不能说明啥问题，选项D错。

2．沙尘暴是由于土地的沙化引起的恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这种情况是由于（　　）

A．只有波长较短的一部分光才能到达地面

B．只有波长较长的一部分光才能到达地面

C．只有频率较大的一部分光才能到达地面

D．只有频率较小的一部分光才能到达地面

选BD　据光发生明显衍射的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光能到达地面；

根据λ＝

知，到达地面的光的频率是较小的部分，故B、D正确。

3．在杨氏干涉实验装置的双缝后面各放置一个偏振片，若两个偏振片的偏振方向相互垂直，则有（　　）

A．光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度减小

B．光屏上仍有干涉条纹，但亮条纹的亮度增大

C．干涉条纹消失，光屏上一片黑暗

D．干涉条纹消失，但仍有光射到光屏上

选D　由于两个偏振片的偏振方向相互垂直，所以经偏振片后的两束光的振动方向不再相同，不满足干涉条件，但仍有光到达光屏上。

4．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯前面以致没有光通过。

如果将其中的一片旋转180°

，在旋转的过程中，将会产生（　　）

A．透过偏振片的光先增强，然后又减小到零

B．透过偏振片的光先增强，然后又减小到非零的最小值

C．透过偏振片的光在整个过程中都增强

D．透过偏振片的光先增强，再减弱，然后又增强

选A　本题考查起偏器和检偏器的作用。

当两个偏振片的偏振方向垂直时，没有光通过；

当两个偏振片的偏振方向平行时，通过的光达最强。

将其中的一片旋转180°

的过程中，两偏振片的偏振方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，然后又减小到零。

5．激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。

用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距。

实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏之距离l以及相邻两条亮纹间距Δx。

若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是（　　）

A．v＝

B．v＝

C．v＝

D．v＝

选B　双缝干涉相邻亮（或暗）条纹间距Δx＝

λ，又由d＝v·

Δt可得v＝

，选项B对。

6．如图1所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2。

现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直。

在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是（　　）

图1

A．反射光束l消失

B．透射光束2消失

C．反射光束1和透射光束2都消失

D．偏振片P以入射光线为轴旋转90°

角，透射光束2消失

选AD　自然光射到界面上，当反射光与折射光垂直时，反射光和折射光的透振方向相互垂直，且反射光的透振方向与纸面垂直，折射光的透振方向与纸面平行，因此当在入射光线方向垂直放上透振方向在纸面内的偏振片P时，因垂直于纸面无光，反射光束1消失，A正确，B、C均错误；

偏振片转动90°

，平行于纸面内的光消失，则透射光束2消失，D正确。

7．如图2所示，A、B两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图像，其中图A是光的________（填“干涉”或“衍射”）图像。

由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径____________（填“大于”或“小于”）图B所对应的圆孔的孔径。

图2

小孔衍射时，孔的直径越小，衍射越明显。

衍射　小于

8．某同学自己动手制作如图3所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：

图3

（1）该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹，移去B后，在屏上出现不等间距条纹，此条纹是由于________产生的。

（2）移去A后，遮住缝S1或缝S2中的任何一个，C上均出现一窄亮斑。

出现以上实验现象的主要原因是________________________________________________________________

_________________________________________________________________________。

（1）移去B后只剩下单缝，故发生单缝衍射形成条纹，故此条纹是由于光的衍射产生的。

（2）没有出现条纹而只出现一个窄亮斑，说明衍射现象不明显，故主要原因是双缝S1、S2太宽。

（1）光的衍射　

（2）双缝S1、S2太宽