《2018-2019版高中物理 第4章 光的波動性 4.3 光的衍射 4.4 光的偏振與立體電影學(xué)案 滬科版選修3-4.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019版高中物理 第4章 光的波動性 4.3 光的衍射 4.4 光的偏振與立體電影學(xué)案 滬科版選修3-4.doc（11頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

4.3　光的衍射 4.4　光的偏振與立體電影 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.認(rèn)識光的衍射現(xiàn)象，知道產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件及衍射條紋的特點.2.了解衍射光柵及它產(chǎn)生衍射時的圖樣特點.3.認(rèn)識光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波.4.知道偏振光和自然光的區(qū)別，了解偏振現(xiàn)象在生產(chǎn)與生活中的一些應(yīng)用，如立體電影、液晶顯示屏等． 1．光的衍射：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．產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的原因：單縫衍射是來自單縫的光波波陣面上無窮多個子波的相干疊加．從本質(zhì)上講，干涉和衍射并沒有區(qū)別，但一般來說，人們常把幾個分立光束的相干疊加叫做干涉；而把波陣面無窮多個子波的相干疊加叫做衍射． 3．衍射光柵 (1)光柵：許多等寬的狹縫等距離地排列的光學(xué)元件． (2)光柵衍射的圖樣：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． 4．自然光和偏振光 自然光(非偏振光) 偏振光 光的來源 直接從光源發(fā)出的光 自然光通過起偏器后的光 光的振動方向 在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿所有方向，且沿各個方向振動的光強(qiáng)度都相同 在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿某一特定方向(與起偏器透振方向一致) 5．立體電影的原理 人們觀察物體時，產(chǎn)生立體感的主要原因是兩眼的視差． 在拍攝立體電影時，用兩個攝影機(jī)，兩個攝影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時分別拍下同一物體的兩個畫像．在放映時，兩個放映機(jī)每個鏡頭上各放一個偏振片，如圖1所示，兩個偏振片的透振方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片的透振方向與左面放映機(jī)上的偏振方向相同，右眼偏振片的透振方向與右面放映機(jī)上的偏振方向相同，這樣，銀幕上的兩個畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體感的影像了． 圖1 6．液晶顯示屏應(yīng)用了光的偏振現(xiàn)象，它的分辨率高，壽命長，功耗低，沒有X射線和電磁輻射． 一、光的衍射 [導(dǎo)學(xué)探究] 1．將雙縫干涉儀上的雙縫撤去，留下單縫，我們用測微目鏡觀察屏上的圖樣時，仍能看到明暗相間的條紋，這種條紋與雙縫干涉圖樣相同嗎？它有什么明顯特點？ 答案　不相同，它明顯的特點是中央亮條紋最寬最亮，兩側(cè)條紋對稱且逐漸變窄變暗． 2．根據(jù)單縫由寬變窄的規(guī)律更換單縫屏，我們會觀察到屏上的條紋有什么變化？ 答案　單縫越窄，得到的條紋寬度、條紋間距都越大． [知識深化] 1．產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 在障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還要小的時候，就會出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象． 2．三種衍射現(xiàn)象 (1)單縫衍射：單色光通過狹縫時，在屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋，中央為亮條紋，中央條紋最寬最亮，其余條紋變窄變暗；白光通過狹縫時，在屏上出現(xiàn)彩色條紋，中央為白條紋． (2)圓孔衍射：光通過小孔(孔很小)時在屏幕上會出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)． (3)泊松亮斑：圓形障礙物的衍射現(xiàn)象． 各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射，使影的輪廓模糊不清．若在單色光傳播路徑中，放一個較小的圓形障礙物，會發(fā)現(xiàn)在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑． 3．光的衍射現(xiàn)象和光的直線傳播的關(guān)系 光的直線傳播只是一個近似的規(guī)律，當(dāng)光的波長比障礙物或小孔小得多時，光可以看成沿直線傳播；當(dāng)小孔或障礙物尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還要小時，衍射現(xiàn)象就十分明顯． [延伸思考] 衍射現(xiàn)象明顯就是衍射條紋更亮嗎？ 答案　衍射現(xiàn)象明顯是指光繞到陰影區(qū)域的范圍更大，隨著縫、孔的減小，衍射條紋的寬度增大，但條紋亮度減弱． 例1　對于單縫衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．縫的寬度d越小，衍射條紋越亮 B．縫的寬度d越小，衍射現(xiàn)象越明顯 C．縫的寬度d越小，光的傳播路線越接近直線 D．入射光的波長越短，衍射現(xiàn)象越明顯 答案　B 解析　單縫寬度越小，衍射條紋的亮度越小，選項A錯；入射光的波長越長，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，選項B對，D錯；縫的寬度d越小，光沒有沿直線傳播，而是繞過了縫的邊緣，傳播到相當(dāng)寬的地方，C錯． 二、單縫衍射與雙縫干涉的比較 [導(dǎo)學(xué)探究]　單縫衍射和雙縫干涉得到的都是明暗相間的條紋，如何區(qū)別它們？ 答案　它們的主要區(qū)別是：單縫衍射的條紋寬度不等，中央最寬，條紋間距不等；雙縫干涉的條紋寬度相等，條紋間距相等． [知識深化]　單縫衍射與雙縫干涉的比較 兩種現(xiàn)象 比較項目 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，中央條紋最寬 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 亮度情況 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(qiáng)或削弱的結(jié)果 條紋的變化　 縫越窄，條紋寬度、條紋間距越大；波長越長，條紋寬度、條紋間距越大 意義 都是波特有的現(xiàn)象，表明光是一種波 例2　如圖2所示的4幅明暗相間的條紋，分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)．則在下面的四幅圖中從左到右排列，亮條紋的顏色依次是(　　) 圖2 A．紅黃藍(lán)紫 B．紅紫藍(lán)黃 C．藍(lán)紫紅黃 D．藍(lán)黃紅紫 答案　B 解析　雙縫干涉條紋平行等距，且波長越大，條紋間距越大，而紅光波長大于藍(lán)光波長，故第一幅圖為紅光，第三幅圖為藍(lán)光；又由于黃光波長比紫光波長大，故第四幅圖為黃光的衍射圖樣，第二幅為紫光的衍射圖樣． 三、光的偏振 [導(dǎo)學(xué)探究]　取一根軟繩，一端固定在墻上，手持另一端上下抖動，軟繩上形成一列橫波，質(zhì)點在豎直平面內(nèi)沿著上下方向振動．如果手持繩的一端左右抖動，會在繩上形成另一列橫波，質(zhì)點在水平平面內(nèi)沿著左右方向振動．現(xiàn)在讓軟繩穿過一塊帶有狹縫的木板，分別將狹縫與振動方向平行放置及與振動方向垂直放置，觀察發(fā)生的現(xiàn)象(如圖3甲、乙所示)． 如果將這根繩換成細(xì)軟的彈簧，前后推動彈簧形成縱波，觀察發(fā)生的現(xiàn)象(如圖丙所示)． 圖3 這兩種現(xiàn)象說明什么？ 答案　當(dāng)機(jī)械波是橫波時，若質(zhì)點的振動方向與狹縫平行時，則機(jī)械波能透過狹縫傳播，反之則不能透過狹縫傳播．對縱波而言，不管什么情況，縱波總能透過狹縫傳播． [知識深化] 1．橫波、縱波的判定方法 (1)直接看質(zhì)點的振動方向與波傳播方向的關(guān)系．若相互垂直，為橫波；若在同一直線上，為縱波，這種方法適用于看得見質(zhì)點振動方向的機(jī)械波． (2)看波能否通過兩個相互垂直且共線的“狹縫”，能通過兩個“狹縫”的為縱波，不能通過的為橫波． 2．感知光的偏振現(xiàn)象 通過偏振片P的偏振光在通過偏振片Q時，如果兩個偏振片的透振方向平行，則通過P的偏振光的振動方向跟偏振片Q的透振方向一致，透射光的強(qiáng)度最強(qiáng)．如果兩個偏振片的透振方向垂直，則通過P的偏振光的振動方向跟偏振片Q的透振方向垂直，偏振光不能通過Q，透射光的強(qiáng)度為零．如圖4所示． 圖4 3．光的偏振現(xiàn)象表明，光是一種橫波． 例3　(多選)鑒別奶粉的質(zhì)量，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量．偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了．如圖5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測樣品P置于A、B之間，則下列說法中正確的是(　　) 圖5 A．到達(dá)O處的光的強(qiáng)度會明顯減弱 B．到達(dá)O處的光的強(qiáng)度不會明顯減弱 C．將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強(qiáng)度仍為最大，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于α D．將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強(qiáng)度仍為最大，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α 答案　ACD 解析　自然光通過偏振片后得到振動方向與偏振片的透振方向平行的偏振光，該偏振光經(jīng)被測樣品后，其偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，即相對于光的傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α，到達(dá)B的光的偏振方向與B的透振方向不完全一致，故O處光的強(qiáng)度會明顯減弱，故A正確，B錯誤；若將A或B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光的強(qiáng)度仍為最大，說明它們轉(zhuǎn)過的角度等于α，故C、D都正確． 針對訓(xùn)練　(多選)如圖6所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此時在光屏C上，透射光的強(qiáng)度最大，則下列說法中正確的是(　　) 圖6 A．此時A、B的透振方向平行 B．只有將B繞OO′軸順時針旋轉(zhuǎn)90，屏上透射光的強(qiáng)度才會最弱，幾乎為零 C．不論將A或B繞OO′軸旋轉(zhuǎn)90，屏上透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零 D．將A沿順時針旋轉(zhuǎn)180，屏上透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零 答案　AC 解析　當(dāng)A、B兩偏振片的透振方向平行時，光屏上的光強(qiáng)度最大；當(dāng)二者透振方向垂直時，光屏上的光強(qiáng)度最小，幾乎為零，由此可知A、C選項正確． 1．光的衍射 2．光的偏振與立體電影 1．(多選)在用單色平行光照射單縫觀察衍射現(xiàn)象的實驗中，下列說法正確的是(　　) A．縫越窄，衍射現(xiàn)象越明顯 B．縫越寬，衍射現(xiàn)象越明顯 C．入射光的波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯 D．入射光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越明顯 答案　AC 2．(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下面說法正確的是(　　) A．紅光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋 B．白光的單縫衍射圖樣是紅暗相間的直條紋 C．光照到不透明小圓盤上出現(xiàn)泊松亮斑，說明發(fā)生了衍射 D．光照到較大圓孔上出現(xiàn)大光斑，說明光沿著直線傳播，不存在光的衍射 答案　AC 解析　單色光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是明暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋．光照到不透明小圓盤上，在其陰影中心處出現(xiàn)亮點，是衍射現(xiàn)象．光的衍射現(xiàn)象只有明顯與不明顯之分，D項中屏上大光斑的邊緣模糊，正是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象． 3．夜晚，汽車前燈發(fā)出的強(qiáng)光將迎面駛來的汽車的司機(jī)照射得睜不開眼睛，影響行車安全．若將汽車前燈玻璃和汽車前窗玻璃都改用偏振玻璃，使雙方司機(jī)都看不見對方眩目的燈光，但能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體．所有的汽車前窗玻璃、前燈玻璃的透振方向應(yīng)該是(　　) A．前窗玻璃的透振方向是豎直的，前燈玻璃的透振方向是水平的 B．前窗玻璃的透振方向是豎直的，前燈玻璃的透振方向是豎直的 C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45，前燈玻璃的透振方向是斜向左上45 D．前窗玻璃的透振方向和前燈玻璃的透振方向都是斜向右上45 答案　D 解析　玻璃的透振方向是允許光通過的偏振方向，要能看清自己車的車燈發(fā)出的光所照亮的物體，即車燈玻璃的透射光經(jīng)對面物體反射后能透過自己車的車窗玻璃，則同一車前窗玻璃和前燈玻璃的透振方向必須相同，故A、C錯誤；若使對面車的車燈發(fā)出的光不透過自己車的車窗，則自己車的車窗玻璃的透振方向和對面車的車燈玻璃的透振方向必須垂直，B項中對面車車燈玻璃的透振方向和自己車車窗玻璃的透振方向相同，而D項符合垂直的條件． 4．(多選)沙塵暴是由于土地的沙化引起的一種惡劣的氣象現(xiàn)象，發(fā)生沙塵暴時能見度只有幾十米，天空變黃發(fā)暗，這是由于在這種情況下(　　) A．只有波長較短的一部分光才能到達(dá)地面 B．只有波長較長的一部分光才能到達(dá)地面 C．只有頻率較高的一部分光才能到達(dá)地面 D．只有頻率較低的一部分光才能到達(dá)地面 答案　BD 解析　根據(jù)光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件知，發(fā)生沙塵暴時，只有波長較長的一部分光能到達(dá)地面，據(jù)λ＝知，到達(dá)地面的光是頻率較低的一部分光，故選項B、D正確． 一、選擇題 1．對光的衍射現(xiàn)象的定性分析，不正確的是(　　) A．光的衍射是光在傳播過程中繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象 B．衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果 C．光的衍射現(xiàn)象為光的波動說提供了有力的證據(jù) D．光的衍射現(xiàn)象完全否定了光的直線傳播結(jié)論 答案　D 解析　根據(jù)光的衍射現(xiàn)象的定義可知選項A正確；衍射圖中有亮、暗條紋，這是不同處通過的光疊加的結(jié)果，加強(qiáng)區(qū)為亮條紋，減弱區(qū)為暗條紋，選項B正確；因為衍射也是波特有的現(xiàn)象，所以光的衍射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為光的波動說提供了有力證據(jù)，選項C正確；當(dāng)障礙物較大時，光的衍射很弱，光幾乎沿直線傳播，即光的直線傳播只是特殊情況下的近似，二者是統(tǒng)一的，選項D錯誤． 2．(多選)在單縫衍射實驗中，下列說法正確的是(　　) A．其他條件不變，將入射光由黃色換成綠色，衍射條紋間距變窄 B．其他條件不變，使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄 C．其他條件不變，換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬 D．其他條件不變，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬 答案　ACD 解析　當(dāng)單縫寬度一定時，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距也越大，黃光波長大于綠光波長，所以A、C正確；當(dāng)光的波長一定時，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，衍射條紋間距也會變寬，B錯誤；當(dāng)光的波長一定，單縫寬度也一定時，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會變寬，D正確． 3．一束紅光射向一塊有雙縫的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈現(xiàn)明暗相間的干涉條紋，現(xiàn)將其中一條窄縫擋住，讓這束紅光只通過一條窄縫，則在光屏上可以看到(　　) A．與原來相同的明暗相間的條紋，只是亮條紋比原來暗些 B．與原來不同的明暗相間的條紋，而中央亮條紋變寬些 C．只有一條與縫寬對應(yīng)的亮條紋 D．無條紋，只存在一片紅光 答案　B 4．在光的單縫衍射實驗中可觀察到清晰的明暗相間的圖樣，圖1的四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是(　　) 圖1 A．a(chǎn)、cB．b、cC．a(chǎn)、dD．b、d 答案　D 解析　單縫衍射條紋的特點是中央亮條紋最寬、最亮，雙縫干涉條紋的特點是等間距的條紋，所以a是干涉條紋，b、d是單縫衍射條紋，c是水波的衍射圖樣． 5．點光源照在一個剃須刀片上，在屏上形成了它的影子，其邊緣較為模糊，原因是(　　) A．光的反射 B．光強(qiáng)太小 C．光的干涉 D．光的衍射 答案　D 6．光的偏振現(xiàn)象說明了(　　) A．光是一種橫波 B．光是一種縱波 C．光是一種電磁波 D．光波的波長很短 答案　A 7．(多選)除了從太陽、電燈等光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是不同程度的偏振光．自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(　　) A．反射光和折射光都是偏振光 B．只有反射光是偏振光 C．反射光中振動方向垂直于紙面的光較強(qiáng) D．反射光中振動方向在紙面內(nèi)的光較強(qiáng) 答案　AC 8．(多選)如圖2所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向看不到光亮，則(　　) 圖2 A．圖中a光為偏振光 B．圖中b光為偏振光 C．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180后，在P處將看到光亮 D．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90后，在P處將看到光亮 答案　BD 解析　自然光在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿各個方向的振動是均勻分布的，通過偏振片后，透射光是只沿著某一特定方向振動的光．從電燈直接發(fā)出的光為自然光，故A錯；它通過偏振片A后，即變?yōu)槠窆?，故B對；設(shè)通過A的光沿豎直方向振動，而偏振片B只能通過沿水平方向振動的偏振光，則P點無光亮，以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180后，P處仍無光亮，故C錯；以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90后，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^豎直方向上振動的光的偏振片，則偏振光能通過B，即在P處有光亮，故D對． 9．(多選)下面關(guān)于光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用正確的是(　　) A．自然光通過起偏器后成為偏振光，利用檢偏器可以檢驗出偏振光的振動方向 B．立體電影利用了光的偏振現(xiàn)象 C．茶色眼鏡利用了光的偏振現(xiàn)象 D．拍攝日落時水面下的景物時，在照相機(jī)鏡頭前裝一個偏振片可減弱水面反射光的影響 答案　ABD 10．關(guān)于光的干涉和衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．光的干涉現(xiàn)象遵循波的疊加原理，衍射現(xiàn)象不遵循波的疊加原理 B．光的干涉條紋是彩色的，衍射條紋是黑白相間的 C．光的干涉現(xiàn)象說明光具有波動性，光的衍射現(xiàn)象不能說明這一點 D．光的干涉和衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結(jié)果 答案　D 11．在楊氏雙縫干涉實驗裝置的雙縫后面各放置一個偏振片，若兩個偏振片的透振方向相互垂直，則(　　) A．光屏上仍有干涉條紋、但亮條紋的亮度減小 B．光屏上仍有干涉條紋、但亮條紋的亮度增大 C．干涉條紋消失，光屏上一片黑暗 D．干涉條紋消失，但仍有光照射到光屏上 答案　D 解析　雙縫后分別放置偏振片后，由于兩個偏振片的透振方向相互垂直，不能出現(xiàn)干涉條紋，但仍有光照射到光屏上． 二、非選擇題 12．讓燭光照射到一塊遮光板上，板上有一個可自由收縮的三角形孔，當(dāng)此三角形孔緩慢地由大收縮變小直到閉合時，試分析在孔后的屏上將先后出現(xiàn)的現(xiàn)象(遮住側(cè)面光)． 答案　見解析 解析　當(dāng)三角形孔較大時，屏上出現(xiàn)一個三角形光斑，如圖甲所示，隨著三角形緩慢地收縮，光斑逐漸變小；當(dāng)三角形孔小到一定程度時，屏上會出現(xiàn)倒立的燭焰，如圖乙所示；繼續(xù)使三角形孔緩慢收縮，可以觀察到小孔衍射圖樣；當(dāng)孔閉合時，屏上就會一片黑暗．