高中物理 第13章 第6节光的偏振课件 新人教版选修3-4

高中物理 第13章 第6节光的偏振课件 新人教版选修3-4

第六节　光的偏振 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 课标定位 知能优化训练 第 六 节 　 光 的 偏 振 课标定位 学习目标：1.认识光的衍射现象和偏振现象， 知道光波是一种横波． 2．知道光产生明显衍射的条件及衍射图样的 特点． 3．知道偏振光和自然光的区别，知道偏振现 象的一些简单应用． 重点难点：1.光发生明显衍射的条件． 2．衍射条纹的特点及影响中央条纹宽度的因 素． 3．偏振光的特点． 课前自主学案 一、光的衍射 1．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺 寸比波长小或跟波长差不多． 2．几种不同的衍射现象 (1)单缝衍射 ①现象 用平行单色光照射狭缝，当狭缝较____时，在屏 上产生一条宽度与狭缝相当的亮线． 宽 当狭缝调至足够____时，屏上出现的亮线尽管 亮度变暗，但宽度反而变宽了． 当光在透过足够窄的狭缝时，会绕过缝的边缘 传播到相当宽的地方． ②衍射条纹的特点 中央条纹最_____、最___，离中央条纹越远， 亮条纹的宽度越_____，亮度越_____．狭缝 越窄，中央亮条纹越______． 窄 宽 亮 窄 小 宽 (2)圆孔衍射 ①现象 用点光源照射直径足够小的圆孔时，在屏上光 能到达的范围会远远超过沿直线传播所应照明 的区域． ②衍射图样的特点 明暗相间的_____条纹，中央为_____亮斑．圆形 较大 (3)泊松亮斑——障碍物的衍射 ①现象 用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘 阴影中心出现一个亮斑． ②衍射图样特点 圆形阴影中心有______，与小孔衍射图样有明 显区别． 亮点 二、衍射光栅 1．衍射光栅的结构：由许多________的狭缝 ________地排列起来形成的光学元件． 2．衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射 条纹的宽度______，亮度________． 3．衍射光栅的种类：反射光栅、透射光栅． 等宽 等距离 变窄 增加 三、光的偏振 1．光的干涉和衍射现象说明光具有________， 光的偏振现象说明光是______． 2．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_________， 偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作 用一样． 波动性 横波 透振方向 3．光的分类 (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着 的光，而且沿着各个方向振动的光波的______ 都相同． (2)偏振光 ①自然光通过偏振片(叫做起偏器)之后，只有 振动方向与偏振片的透振方向______的光波才 能顺利通过．也就是说，光通过偏振片后，在 垂 直 于 传 播 方 向 的 平 面 上 ， 只 沿 着 __________的方向振动． 强度 一致 某个特定 ②平时看到的绝大部分光，都是不同程度的 _________，自然光在玻璃、水面等表面反射时， 反射光和折射光都是_________，入射角变化时 ______的程度也会变化． 4．偏振现象的应用 (1)照相机镜头前 (2)数字式电子表、空调遥控器、数字式调谐收音 机、计算器、数字多用表、带液晶显示的玩具 等，它们的液晶显示器都用到了偏振现象． 偏振光 偏振光 偏振 核心要点突破 一、三种衍射图样的特点比较 1．单缝衍射图样 (1)缝变窄，通过的光变少，而光分布的范围更宽， 所以亮纹的亮度降低． (2)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及 单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央 亮条纹的宽度及条纹间距就越大． (3)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两 边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮． 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． (2)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)、完全黑暗． (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)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度 越弱． 3．不透明小圆板的衍射图样 (1)泊松亮斑图样中的亮环或暗环间距随半径增 大而减小，如图13－5－1所示． (2)与圆孔衍射图样比较 ①均是明暗相间的圆形条纹，中心均有亮斑． ②圆孔衍射图样中心亮斑较大，而泊松亮斑较 小． ③圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大 而增大，圆板衍射图样中亮环或暗环间距随半 径增大而减小． 图13－5－1 二、单缝衍射与双缝干涉的比较 单缝衍射 双缝干涉 不 同 点 产生条 件 只要狭缝足够小，任何光都能 发生 频率相同的两列光波相遇 叠加 条纹宽 度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹间 距 各相邻条纹间距不等 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 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 即时应用(即时突破，小试牛刀) 1．如图13－5－2所示，甲、乙为单色光通过 窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样．下列 判断正确的是(　　) A．甲为单缝衍射的图样　　　　 B．乙为双缝干涉的图样 C．甲为双缝干涉的图样 D．乙为单缝衍射的图样 答案：AB 图13－5－2 三、偏振现象 1．横波、纵波的判定方法 (1)直接看质点的振动方向与波传播方向的 关系．若互相垂直，为横波；若在同一直线 上，为纵波，这种方法适用于可看得见质点 振动方向的机械波． (2)看波能否通过两个互相垂直且共线的 “狭缝”，能通过两个“狭缝”的为纵波， 不能通过的为横波． 2．自然光和偏振光 自然光(非偏振光) 偏振光 光的 来源 直接从光源发出的光 自然光通过起偏振器 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 起偏振器透振方向一 致) 特别提醒：(1)偏振现象在生活中非常普遍，并 不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光， 生活中除光源直接发出的光外，我们看到的绝 大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的 反射和折射光线，尤其是二者互相垂直时，都 是典型的偏振光． (2)只有横波能发生偏振现象，光是横波． 即时应用(即时突破，小试牛刀) 2．对于光的偏振，下列说法正确的是(　　) A．自然光是偏振光 B．自然光通过偏振片后成为偏振光 C．偏振光不能再通过偏振片 D．如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方 向垂直，偏振光不能透过偏振片 答案：BD 课堂互动讲练 对衍射现象的认识 对于光的衍射现象的定性分析，下列说法正 确的是(　　) A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比 拟甚至比波长还要小的时候，才能产生明显的衍 射现象 B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果 C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 D．光的衍射现象说明了光具有波动性 【精讲精析】　光的干涉现象和衍射现象无疑地 说明了光具有波动性，而小孔成像说明光沿直线 传播，而要出现小孔成像，孔不能太小，光的直 线传播规律只是近似的，只有在光的波长比障碍 物小的情况下，光才可以看做是直进的，所以光 的衍射现象和直线传播是不矛盾的，它们是在不 同条件下出现的两种现象，故上述选项中正确的 是A、B、D. 【答案】　ABD 变式训练1　关于光的干涉和衍射现象，下列 说法正确的是(　　) A．光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现 象不遵循波的叠加原理 B．光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白 相间的 C．光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍 射现象不能说明这一点 D．光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果 解析：选D.从成因分析，光的干涉现象、衍射 现象都是光波叠加的结果，两者都表明光是一 种波．故A、C错，D正确．从条纹特点看， 虽然条纹宽度、间距方面两者有所区别，但单 色光的干涉条纹、衍射条纹都是明暗相间的， 白光的干涉条纹、衍射条纹都是彩色的，故B 错． 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 变窄 B．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 影响衍射图样的因素 【精讲精析】　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，故选项A、C、 D正确． 【答案】　ACD 【方法总结】　透彻理解发生明显衍射的条件， 再结合光波的特点(波长短、频率高)，本题就不难 正确解答． 变式训练2　让太阳光垂直照射一块遮光板， 板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三 角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏 上将先后出现(　　) A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色 条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹， 直至黑白色条纹消失 D．由大变小的三角形光斑，小圆形的光斑， 明暗相间彩色条纹，直至条纹消失 解析：选D.当孔足够大时，由于光的直线传 播，所以屏首先出现的是三角形光斑，之后 随着小孔的继续缩小，出现小孔成像，成的 是太阳的像，故为小圆形光斑，随着小孔的 进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出 现了明暗相间的衍射条纹，最后随小孔的闭 合而全部消失，所以只有D是正确的． 关于自然光和偏振光，下列说法正确 的是(　　) A．自然光能产生光的干涉现象和衍射现象， 而偏振光却不能 B．只有自然光透过偏振片才能获得偏振光 C．自然光只能是白光，而偏振光不能是白光 D．自然光和偏振光都能使感光底片感光 【思路点拨】　光的振动沿各个方向均匀分布 的光是自然光，只沿特定方向振动的光就是偏 振光． 对光的偏振现象的认识 【自主解答】　自然光和偏振光都产生干涉和 衍射，都能使感光底片感光，A错D对；光的偏 振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以 外，我们通常看到的光绝大部分都是偏振光，B 错，光的颜色由光的频率决定，与光的偏振方 向无关，C错． 【答案】　D 【方法总结】　(1)偏振光和自然光只在振动方 向上有区别，在其他方面无法区别． (2)偏振片不改变光的颜色，即不能改变光的频 率． 变式训练3　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，如图 13－5－3所示，则下列说法正确的是(　　) 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 图13－5－3 解析：选BD.P是起偏器，它的作用是把太阳光 (自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与 P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行 时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直 时通过Q的光强最小、即无论旋转P或Q，屏上的 光强都是时强时弱．