4.3光的衍射4.4光的偏振與立體電影學 習 目 標知 識 脈 絡1.觀察光的衍射現(xiàn)象，認識衍射條紋的特點.(重點)2.知道產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.(重點)3.觀察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波.4.知道自然光和偏振光的區(qū)別，知道偏振現(xiàn)象的應用.5.掌握干涉條紋和衍射條紋的區(qū)別.(難點)研 究 光 的 衍 射 現(xiàn) 象1.衍射現(xiàn)象和衍射條紋(1)衍射現(xiàn)象：光在傳播過程中遇到障礙物時，繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象.(2)衍射條紋：衍射條紋是一些明暗相間的條紋，中央最寬、最亮，離中央條紋越遠，亮條紋的寬度越小，亮度越低.2.光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長差不多.3.衍射光柵(1)結構：有許多等寬的狹縫等距離地排列的光學元件，狹縫的個數(shù)越多，衍射條紋的寬度越窄，亮度越亮.(2)光柵衍射的特點：圖樣是許多平行的明暗相間的條紋，減小縫間距離，則條紋間距增大；增多縫數(shù)，明暗條紋變得更為清晰.1.衍射和干涉條紋都是明暗相間的，所以二者是一樣的.()2.所有光都能發(fā)生衍射現(xiàn)象.()3.紅光比紫光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象.()單縫的寬度會對衍射現(xiàn)象產(chǎn)生怎樣的影響？【提示】單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，但衍射條紋的亮度越小.1.產(chǎn)生明顯衍射的條件(1)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸比光波波長小或相差不多.(2)衍射是波特有的現(xiàn)象，光在任何條件下都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，但只有滿足上述條件時才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象.2.衍射圖樣的特點(1)單縫衍射圖樣中央條紋最亮，越向兩邊越暗；條紋間距不等，越靠外，條紋間距越小.縫變窄通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮紋的亮度降低.中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關.入射光波長越大，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大.用白光做單縫衍射時，中央亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中央亮條紋仍然最寬最亮.(2)圓孔衍射圖樣中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小.如圖431所示.圖431圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱.用不同色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越大，中央圓形亮斑的直徑越大.白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環(huán).3.不透明的小圓板衍射圖樣(1)泊松亮斑圖樣中的亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小.(2)與圓孔衍射圖樣比較均是明暗相間的圓形條紋，中心均有亮斑.圓孔衍射圖樣中心亮斑較大，而泊松亮斑較小.圓孔衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而增大，圓板衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)間距隨半徑增大而減小.圓孔衍射圖樣的外側是黑暗的，而小圓板衍射圖樣的外側是明亮的.4.單縫衍射與雙縫干涉的比較名稱單縫衍射雙縫干涉不同點產(chǎn)生條件只要狹縫足夠小，任何光都能發(fā)生頻率相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相等相同點成因都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的結果意義都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波1.關于衍射，下列說法正確的是()A.衍射現(xiàn)象中條紋的出現(xiàn)是光疊加后產(chǎn)生的結果B.雙縫干涉中也存在衍射現(xiàn)象C.一切波都很容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D.影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實E.入射波的波長越大，越容易觀察到明顯的衍射現(xiàn)象【解析】衍射圖樣是復雜的光波的疊加現(xiàn)象，雙縫干涉中光通過三個狹縫時均發(fā)生衍射現(xiàn)象，一般現(xiàn)象中既有干涉又有衍射.一切波都能發(fā)生衍射，但要發(fā)生明顯的衍射，需要滿足障礙物的尺寸小于或相當于波長的條件，故A、B、E正確，C、D錯誤.【答案】ABE2.如圖432所示，甲、乙、丙、丁四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣.分析各圖樣的特點可以得出的正確結論是()圖432A.甲、乙是光的干涉圖樣B.丙、丁是光的干涉圖樣C.形成甲圖樣光的波長比形成乙圖樣光的波長長D.形成丙圖樣光的波長比形成丁圖樣光的波長長E.甲和丙都是光的衍射圖樣【解析】由圖樣可得甲和乙是等間距的，丙和丁是不等間距的且中間最寬，所以甲和乙是干涉條紋，丙和丁是衍射條紋，A正確，B、E錯誤；其中甲比乙的條紋間距大，故形成甲圖樣光的波長比形成乙圖樣光的波長長，C項正確；丙比丁的條紋間距大，形成丙圖樣光的波長比形成丁圖樣光的波長長，D項正確.【答案】ACD3.在觀察光的衍射實驗中，分別觀察到如圖433甲、乙所示的清晰的明暗相間的圖樣，圖中黑線為暗紋.那么障礙物應是甲乙圖433甲圖對應的障礙物應是_，乙圖對應的障礙物應是_.【解析】比較兩圖，它們的背景明顯不同，甲圖的背景為黑色陰影，說明障礙物應是很大的不透明擋板，中間有透光并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋，說明擋板的中間有小圓孔；乙圖的背景為白色，說明周圍沒有障礙物，中間有不透光圓形陰影，并且?guī)в醒苌鋱D樣的花紋，說明中間存在很小的不透明圓板，乙圖正中央的小亮點是泊松亮斑.【答案】較大的中間有小圓孔的不透明圓板很小的不透明圓板區(qū)分圓孔衍射和不透光圓盤衍射的圖樣1.觀察中心圓心和中心圓環(huán)：中心圓心處為小亮斑且中心圓環(huán)為較寬的暗環(huán)時為圓盤衍射；若中心為大且亮的圓形亮斑，中心圓環(huán)為細而窄的暗紋時為圓孔衍射.2.觀察中心圓環(huán)外第一暗紋與周邊暗紋：第一暗紋寬于周邊暗紋的為圓盤衍射，第一暗紋細且暗的為圓孔衍射.光 的 偏 振1.偏振現(xiàn)象(1)偏振現(xiàn)象：當狹縫的方向與繩的振動方向相同時，繩上橫波可以傳過去；當狹縫的方向與繩的振動方向垂直時，繩上橫波不能通過.(2)偏振片用特定材料制成，它有一個特殊的方向叫透光方向，只有光振動方向與透光方向平行的光波才能通過偏振片.(3)光的分類偏振光理論證明電磁波是橫波，光是電磁波，光振動的方向與傳播方向垂直，只有沿特定方向振動的光叫做偏振光.自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向沿一切方向上振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同.2.偏振光的特點(1)只有橫波(選填“橫波”或“縱波”)才具有偏振現(xiàn)象.(2)當偏振光的振動方向跟偏振片的透振方向垂直(選填“相同”、“相反”或“垂直”)時，偏振光就不能通過了.3.偏振現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應用(1)立體電影：立體眼鏡是由一對透振方向互相垂直的偏振片組成的，觀眾通過這個特制的眼鏡觀看立體電影時，就像直接觀察物體一樣產(chǎn)生立體感.(2)液晶顯示屏：在兩塊透振方向互相垂直的偏振片當中插進一個液晶盒，液晶具有各向異性的屬性，當在兩個電極板加上電壓時，液晶的性質就變了，從而顯示出信息.1.凡是波都有偏振現(xiàn)象.()2.反射可以引起自然光的偏振.()3.拍攝水中游魚時，在鏡前裝一偏振片是利用光的偏振現(xiàn)象.()1.自然光和偏振光的主要區(qū)別是什么？【提示】在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，自然光沿所有方向振動，偏振光沿某一特定方向振動.2.自然光經(jīng)水面反射的光一定是偏振光嗎？【提示】經(jīng)水面反射和折射的光都是偏振光.1.橫波、縱波的判斷方法直接看質點的振動方向與傳播方向的關系.若互相垂直為橫波；若在同一直線上為縱波.這種方法適用于看得見質點振動方向的機械波.2.偏振片偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能通過偏振片，這個方向叫做透振方向.偏振片對光波的作用就像狹縫對機械波的作用一樣.3.自然光和偏振光的比較自然光偏振光成因從光源(如太陽、電燈等)直接發(fā)出的光自然光通過偏振片后就變成了偏振光，反射光、折射光均為偏振光振動方向在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿著各個方向振動在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，并且只有一個振動方向經(jīng)偏振片后現(xiàn)象比較如上圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉動偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化如上圖所示，偏振光經(jīng)偏振片后，若偏振方向與透振方向平行，屏亮；若垂直，則屏暗；若介于兩者之間，則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗.4.在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個偏振片P和Q，在Q的后邊放上光屏，如圖434所示，則下列說法正確的是()圖434A.Q不動，旋轉偏振片P，屏上光的亮度不變B.Q不動，旋轉偏振片P，屏上光的亮度時強時弱C.P不動，旋轉偏振片Q，屏上光的亮度不變D.P不動，旋轉偏振片Q，屏上光的亮度時強時弱E.偏振現(xiàn)象表明光是橫波【解析】P是起偏器，它的作用是把太陽光(自然光)轉變?yōu)槠窆?，該偏振光的振動方向與P的透振方向一致.所以當Q與P的透振方向平行時，通過Q的光強最大；當Q與P的透振方向垂直時，通過Q的光強最小.即無論旋轉P或Q，屏上的光強都是時強時弱.故正確答案為B、D、E.【答案】BDE5.電子表的顯示屏利用了液晶的旋光性，當液晶上不加電壓時，偏振光通過液晶時偏振方向會旋轉90，這就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上電壓，則旋光性消失.有一種電子表的顯示屏是透明的，而在顯示數(shù)字的筆畫處不透光，則上下兩個偏振片的透振方向相互_；筆畫處為_電極，因此加上電壓時變?yōu)開的.【解析】假設光從下向上傳播，光線通過下偏振片時成為偏振光，如果不加電壓，偏振光通過液晶時偏振方向旋轉90，此時光線能透過上偏振片，可知上偏振片的透振方向應與此時偏振光的偏振方向相同，即與下偏振片的透振方向垂直；組成數(shù)字的筆畫處有時透明，有時不透明，可知筆畫處為透明電極，當加上電壓時液晶旋光性消失，光線不能透過.【答案】垂直透明不透明6.在拍攝日落時水面下的景物時，應在照相機鏡頭前裝一個偏振片，其目的是什么？【解析】由于反射光的干擾，景物的像常常比較模糊，裝上偏振片的目的是減弱反射光，且透振方向與反射光的振動方向垂直，但不能增強透射光.【答案】減弱反射光，從而使景物的像清晰1.偏振片是由特定的材料制成的，每個偏振片都有一個特定的方向，這個方向叫做“透振方向”，只有沿透振方向振動的光才能通過偏振片.2.偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實狹縫.3.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波.4.自然光透過偏振片可以變成偏振光.5.當偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角不同時，透過偏振片的光的強度不同.