2019-2020学年人教版物理选修3-4(浙江新高考专用版)讲义:第十三章 光 5~6 Word版含答案.pdf
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1、5 光的衍射 光的衍射 6 光的偏振 光的偏振 知识内容选考要求课时要求 光的衍射b 光的偏振b 1.了解光的衍射现象,知道光产生明显衍射现象的条件以及 衍射条纹的特点 2会用激光笔和光传感器做单缝衍射实验,能区分干涉条纹 和衍射条纹 3知道光的偏振现象,了解自然光与偏振光的区别以及偏振 的简单应用知道光的偏振现象证明了光是横波. 一、光的衍射 1用单色平行光照射狭缝,当缝很窄时,光没有沿直线传播,它绕过了缝的边缘,传播到了 相当宽的地方这就是光的衍射现象 2 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, 出现明暗相间的条纹 3发生明显衍射现象的条件 : 在障碍物的尺寸可以跟
2、光的波长相比,甚至比光的波长还小的 时候,衍射现象十分明显 4衍射光栅 (1)构成:由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件 (2)增加狭缝的个数,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加 (3)种类:透射光栅和反射光栅 二、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,只有沿着这个方向振动的光波才能顺 利通过偏振片,这个方向叫做“透振方向” 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,而且沿各个方向 振动的光波的强度都相同这种光是“自然光” (2)偏振光:在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定的方向振动,这种光叫
3、做偏振光 3光的偏振现象说明光是一种横波 4偏振现象的应用 照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示、立体电影、车灯眩光的消除等 判断下列说法的正误 (1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的( ) (2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象( ) (3)横波和纵波都能产生偏振现象( ) (4)自然光通过偏振片可以获得偏振光( ) 一、光的衍射 (1)让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上,逐渐减小两个卡脚之间的距离,使缝越 来越小,观察照在屏幕上光斑的变化缝宽大约多大时屏幕上出现条纹?缝间距变小时,条 纹有什么变化? (2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔,用眼睛通过小孔
4、观察太阳光,会观察到什么现 象? 答案 (1)大约 0.4 mm 时会出现条纹,当缝间距变小时,屏幕上条纹间距逐渐变宽,但亮度 逐渐减弱 (2)会观察到中央为亮圆,周围为彩色的圆环 三种衍射图样的特点 1单缝衍射 (1)单色光通过狭缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹,中央为亮条纹中央条纹最宽最亮, 两侧的亮条纹逐渐变暗变窄;白光通过狭缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹 (2)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,光波波长大的中央条纹 宽,条纹间距大 2圆孔衍射:光通过小孔(孔很小)时,在光屏上出现明暗相间的圆环如图 1 所示 图 1 图 2 3圆板衍射(泊松亮斑) (1
5、)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衍射图样如图 2 所示 (2)中央是亮斑,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 例 1 (多选)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白黑相间的直条纹 C光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑,说明发生了衍射 D光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿着直线传播,不存在光的衍射 答案 AC 解析 红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹,白光的衍射图样是彩色条纹, 光照到不透明小圆盘上,在其阴影中心处出现亮
6、点,是衍射现象,光的衍射现象只有明显与 不明显之分,D 项屏中大光斑的边缘模糊,正是光的衍射造成的,不能认为不存在衍射现 象故 A、C 正确 针对训练1 观察单缝衍射现象时, 把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm, 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 答案 A 解析 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,本题是将缝调宽,现象向相反的方向变化,故选项 A 正确,B、C、D 错误 二、单缝衍射与双缝干涉的
7、比较 1不同点 (1)产生条件Error! (2)图样Error! 2相同点 (1)都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果 (2)都是波特有的现象,表明光是一种波 例 2 如图 3 所示的四幅明暗相间的条纹,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(黑色部分表示亮条 纹)则在下面的四幅图中从左到右排列,亮条纹的颜色依次是( ) 图 3 A红黄蓝紫 B红紫蓝黄 C蓝紫红黄 D蓝黄红紫 答案 B 解析 双缝干涉条纹平行等距,且波长越长,条纹间距越大,而红光波长比蓝光波长长,故 第一幅图为红光,第三幅图为蓝光;又由于黄光
8、波长比紫光波长长,故第四幅图为黄光的衍 射图样,第二幅图为紫光的衍射图样 学科素养 例 2 分辨了衍射和干涉图样宽度上:双缝干涉的条纹是等宽等间距的,而单 缝衍射的条纹是中央亮条纹最宽,两侧的条纹变窄;亮度上:双缝干涉条纹从中央往两侧亮 度变化很小;而单缝衍射的中央条纹最亮,两侧逐渐变暗,在分辨过程中提高了学生的综合 分析能力,这是对基于事实建构的物理模型的应用过程,体现了“科学思维”的学科素养 针对训练 2 (多选)如图 4(a)所示是做双缝干涉实验的示意图先做操作 1:用两块不同颜色 的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分和;接着再做操作 2:用不透明的挡板挡住 b 缝若两块滤光片一块是红色,
9、一块是蓝色,则( ) 图 4 A完成操作 1 后,光屏上出现的是图(b)图案,且甲是红色条纹,乙是蓝色条纹 B完成操作 1 后,光屏上出现的是图(c)图案,且丙是蓝色条纹,丁是红色条纹 C完成操作 2 后,光屏上出现的是图(b)图案,且甲是蓝色条纹,乙是红色条纹 D完成操作 2 后,光屏上出现的是图(c)图案,且丙是红色条纹,丁是蓝色条纹 答案 AD 解析 题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹,是干涉图样题图(c)为中间最宽且不等间距 明暗相间条纹,是衍射条纹操作 1 是双缝干涉实验,故条纹间距相等,光屏上出现题图(b) 图案,由图案知甲的波长大于乙的波长,故甲为红色条纹,乙为蓝色条纹,A
10、正确;操作 2 是单缝衍射,条纹间距不相等,光屏上为题图(c)图案,再结合波长关系可知 D 正确 三、光的偏振 如图所示,取一个偏振片 P,让阳光通过偏振片 P,在 P 的另一侧观察,可以看到偏振片是 透明的;在偏振片 P 的后面再放置另一个偏振片 Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片 Q,会 看到什么现象?这说明什么? 答案 会看到在旋转 Q 时光的亮度发生变化 偏振片的作用类似于狭缝的作用,只有振动方向与透振方向一致的光才能通过当偏振片 Q 与 P 的透振方向平行时,穿过 Q 的光最强;当 Q 与 P 的透振方向垂直时,光不能透过 Q. 对偏振方向与透振方向的理解 透振方向:偏振片由特定的材料
11、制成,每个偏振片都有一个特定的方向,只有沿着这个方向 振动的光波才能顺利通过偏振片,这个方向叫做“透振方向” (1)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时,透射的光最强;当偏振光的偏振方向与 偏振片的透振方向垂直时,光不能穿过偏振片 (2)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时,则仍会有部分光透过偏振 片,只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间 例 3 (2018湖州高二下学期期末)如图 5 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,以两偏振片的中心连线为轴旋转偏振片 P,A、B 两点 光的强度变化情况是(
12、) 图 5 AA、B 均不变 BA、B 均有变化 CA 不变,B 有变化 DA 有变化,B 不变 答案 C 解析 以两偏振片的中心连线为轴旋转偏振片 P,A 点的光强不变;当两偏振片的偏振方向 平行时 B 点亮度最大,当偏振方向垂直时 B 点的亮度最小,则 B 点亮度有变化,故选 C. 1(光的衍射)(多选)对光的衍射现象的定性分析,正确的是( ) A光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象 B衍射图样是光波相互叠加的结果 C光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据 D光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论 答案 ABC 解析 根据光的衍射现象的定义可知选项 A 正确;衍射图样中有亮、
13、暗条纹,这是光波相互 叠加的结果,加强区为亮条纹,减弱区为暗条纹,选项 B 正确 ; 因为衍射也是波特有的现象, 所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据,选项 C 正确;当障碍物较大时,光 的衍射很弱,光几乎沿直线传播,即光的直线传播只是特殊情况下的近似,二者是统一的, 选项 D 错误 2(光的衍射)让烛光照射到一块遮光板上,板上有一个可自由收缩的三角形孔,当此三角形 孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时, 则在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)是( ) A三角形光斑 倒立的烛焰 明暗相间的圆环 B三角形光斑 圆形光斑 倒立的烛焰 C倒立的烛焰 圆形光斑 明暗相间的圆环 D三角形光斑
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