高中物理 第十三章 光 第5、6节 光的衍射 光的偏振学案 新人教版选修3-4.doc

第5、6节 光的衍射__光的偏振

光的衍射 [探新知·基础练] 1．衍射现象

光通过很窄的缝或很小的孔时，光没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。

2．衍射条纹特点

衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．一切光都会发生衍射。(√) 2．单缝衍射中，中央条纹亮而宽。(√)

3．阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(×)

[释疑难·对点练]

1．单缝衍射图样的特点 (1)中央条纹亮而宽。

(2)两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱。

(3)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，波长大的中央条纹宽，各条纹间距大。

(4)白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。

2．圆孔衍射 (1)圆孔衍射：

如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播)；减小圆孔，光屏上出现光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上出现图丙所示的亮、暗相间的圆环(衍射图样)。

(2)圆孔衍射的图样特征：

①单色光的圆孔衍射图样：中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环；越向外，圆(亮)环亮度越低；

②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。 3．圆板衍射

(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，若在单色光(如激光)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)形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。

(3)圆板衍射图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小。 [试身手]

1．(多选)下列说法正确的是( )

A．当光的波长比圆孔的直径大时，可以产生明显的衍射现象 B．衍射现象的研究表明“光沿直线传播”只是一种近似规律

C．用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板的后面发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是光的干涉现象

D．用平行的单色光垂直照射一个刀片，发现屏上刀片的阴影的边缘模糊不清，这是光的衍射现象

解析：选ABD 当波长比障碍物的尺寸大或相差不多时，可以产生明显衍射现象，A正确；光沿直线传播是一种近似规律，B正确；泊松亮斑、刀片阴影边缘模糊都是光的衍射现象，C错误，D正确。

光的偏振 [探新知·基础练] 1．横波与纵波的特点

横波中各点的振动方向总与波的传播方向垂直。纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上。横波有偏振现象。

2．自然光和偏振光

(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，沿着各个方向振动的光波的强度都相同。

(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。 3．光的偏振 偏振现象 结论 只有沿偏振片的“透射方向”振动的光波才能通过偏振片 偏振现象表明，光是一种横波

偏振光的形成 (1)自然光通过偏振片后，得到偏振光 (2)自然光在介质表面反射时，反射光和折射光都是偏振光 (1)把偏振片装在照相机镜头前 (2)电子表的液晶显示 偏振现象的应用 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．太阳光是沿某个特定方向振动的偏振光。(×) 2．只要是波都能发生偏振现象。(×)

3．自然观通过偏振片是得到偏振光的唯一办法。(×)

[释疑难·对点练]

1．自然光与偏振光的对比

光的来源 光的振动方向 自然光 直接从光源发出的光 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 偏振光 自然光通过起偏器后的光 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏器的透振方向一致) 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。

3．光的偏振的应用 (1)摄影技术中的应用

光的偏振现象有很多应用，如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而可拍出清晰的照片。

(2)偏振片在汽车挡风玻璃上的应用

偏振片——汽车司机的福音。在夜间行车时，迎面开来的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故。如果在每辆车灯玻璃上和司机坐椅前面的挡风玻璃上安装一片偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问题。从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟司机坐椅前挡风玻璃偏振片的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里。而从自己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己的挡风玻璃上的偏振片的透振方向相

同，所以司机仍能看清自己的车灯照亮的路面和物体。

[试身手]

2．(多选)下列说法中正确的是( ) A．光振动沿各个方向均匀分布的光是自然光 B．光振动沿各个方向均匀分布的光是偏振光 C．光振动沿特定方向的光才是偏振光 D．光振动沿特定方向的光才是自然光

解析：选AC 根据自然光、偏振光的概念易判断出选项A、C正确。

光的衍射现象 [典例1] 某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样。据此可以判断出( )

A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样 B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样 C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大 D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大

[解析]选A 甲图的衍射图样为明暗相间的圆环，而乙图为在影的中心有一个亮斑——泊松亮斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样，故A正确。

(1)衍射条纹的特征可用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”。其中“中白边彩”只适用于白光光源。

(2)各种衍射图样的形状不同，而图样的分布规律、影响因素都是类似的。

单缝衍射与双缝干涉 [典例2] 如图所示的4幅明暗相间的条纹图样，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(黑色部分表示亮纹)。则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是( )