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(共41張PPT)
第5節(jié) 光的衍射
第6節(jié) 光的偏振 激光
光的干涉現(xiàn)象反映了光的波動(dòng)性，而波動(dòng)性的另一特征是波的衍射現(xiàn)象，光是否具有衍射現(xiàn)象？如果有衍射現(xiàn)象，為什么在日常生活中我們沒有觀察到光的衍射現(xiàn)象呢？
回顧：波的衍射
明顯衍射的條件：孔、狹縫、障礙物的尺寸比波長(zhǎng)小或與波長(zhǎng)差不多
單縫衍射
將一束單色光垂直照射到單縫上，觀察單縫寬度變化時(shí)，屏幕上的條紋變化
2.明顯衍射的條件
障礙物或狹縫的尺寸比波長(zhǎng)小或者跟波長(zhǎng)相差不多
光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步證明光是一種波。
光離開直線路徑繞過障礙物，到達(dá)陰影里的現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象。
一、光的衍射
1.光的衍射：
3.物理意義
單縫衍射圖樣：
明暗相間的條紋；中央亮條紋最寬最亮，越往外越暗、越窄；不等距
單縫衍射圖樣與狹縫及波長(zhǎng)的關(guān)系：
紅光 單縫寬0.4mm
紅光 單縫寬0.8mm
藍(lán)光 單縫寬0.8mm
①波長(zhǎng)一定時(shí)，
單縫越窄，中央條紋越寬，條紋間距越大．
衍射越明顯
②單縫不變時(shí)，
波長(zhǎng)越長(zhǎng)，中央亮紋越寬，條紋間隔越大．
衍射越明顯
單縫衍射圖樣與雙縫干涉圖樣的比較
(多選)如圖所示的四種明暗相間的條
紋，是紅光、紫光分別通過同一個(gè)雙縫干涉
儀形成的干涉圖樣和通過同一個(gè)單縫形成的
衍射圖樣。圖中黑色部分代表亮條紋，下列
判斷正確的是
A．圖甲是紅光的雙縫干涉圖樣
B．圖乙是紫光的雙縫干涉圖樣
C．圖丙是紫光的單縫衍射圖樣
D．圖丁是紅光的單縫衍射圖樣
√
√
例2
資料
圓孔直徑變化出現(xiàn)的不同現(xiàn)象
在圓孔由較大直徑逐漸減小的過程中，光屏依次得到幾種不同現(xiàn)象——圓形亮斑(光的直線傳播)、
光源的像(小孔成像)、
明暗相間的圓環(huán)(衍射圖樣)、
完全黑暗。
小孔成像原理圖
圓孔衍射
圓孔衍射圖樣的特點(diǎn)：明暗相間的環(huán)狀條紋，中央為圓形亮斑。
1．單色光：(1)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。(2)圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時(shí)亮度越弱。(3)用不同色光照射圓孔時(shí)，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，中央圓形亮斑的直徑越大。
2．白光：中央是大且亮的白色光斑，周圍是彩色同心圓環(huán)。
泊松亮斑
不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊不清，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的結(jié)果．歷史上曾有一個(gè)著名的衍射圖樣——泊松亮斑．
泊松亮斑
圓盤衍射圖樣的特點(diǎn)：
1．中央是亮斑。
2．形成泊松亮斑時(shí)，圓盤陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。
3．周圍的亮環(huán)或暗環(huán)的間距隨半徑增大而減小。
(多選)關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是
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白黑相間的直條紋
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，不存在光的衍射現(xiàn)象
例1
√
√
紅光照到狹縫上產(chǎn)生的衍射圖樣是紅暗相間的直條紋，白光的衍射圖樣是彩色條紋，A正確，B錯(cuò)誤；光照到不透明小圓盤上，在其陰影中心處出現(xiàn)亮斑，是衍射現(xiàn)象，C正確；光照到大圓孔上出現(xiàn)大光斑，大光斑的邊緣模糊，是光的衍射造成的，不能認(rèn)為不存在衍射現(xiàn)象，D錯(cuò)誤。
某研究性學(xué)習(xí)小組用激光束照射圓孔和
不透明圓板后，分別得到如圖甲、乙所示的衍
射圖樣。據(jù)此可以判斷出
A．甲是光線射到圓孔后的衍射圖樣，乙是光
線射到圓板后的衍射圖樣
B．乙是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲是光線射到圓板后的衍射圖樣
C．甲、乙都是光線射到圓孔后的衍射圖樣，甲孔的直徑較大
D．甲、乙都是光線射到圓板后的衍射圖樣，乙板的直徑較大
√
例3
圓孔衍射圖樣是中央為大亮斑，而在圓板衍射圖樣中，中央為大陰影，只是在大陰影背景下中心處有一個(gè)小亮斑，為泊松亮斑。所以，題圖甲為圓孔衍射圖樣，題圖乙為圓板衍射圖樣。故選A。
衍射光柵
由于單縫衍射的條紋比較寬，且距離中央亮條紋較遠(yuǎn)的條紋，亮度也很低等原因，實(shí)際當(dāng)中達(dá)不到實(shí)用要求。
實(shí)驗(yàn)表明，增加狹縫的數(shù)量，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將增加——衍射光柵就是據(jù)此制成的。
二、光的偏振
光的干涉和衍射說明光是“波”，但是波分橫波和縱波。
那么，光是橫波還是縱波呢？
橫波
縱波
1.狹縫對(duì)縱波的影響
如圖所示，如果在波的傳播方向上放一帶狹縫的木板，不管狹縫方向如何，在一條彈簧上傳播的縱波都能自由通過狹縫。
縱波可以穿過不同方向的狹縫
縱波在豎直狹縫中的傳播情況
縱波在水平狹縫中的傳播情況
2.狹縫對(duì)橫波的影響
對(duì)橫波，只有狹縫的方向與橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向相同時(shí)，橫波才能毫無阻礙地通過狹縫；當(dāng)狹縫的方向與質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直時(shí)，橫波就不能通過狹縫，這種現(xiàn)象叫做偏振。
狹縫與振動(dòng)方向平行
狹縫與振動(dòng)方向垂直
3.偏振現(xiàn)象
不同的橫波，即使傳播方向相同，振動(dòng)方向也可能不同。橫波的振動(dòng)方向稱為偏振方向。
4.橫波獨(dú)有的特征
偏振現(xiàn)象是橫波所特有的，故利用偏振現(xiàn)象可判斷一列波是橫波還是縱波。
偏振片：
偏振片由特定的材料制成，每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向，沿著這個(gè)方向振動(dòng)的光波能順利通過偏振片，偏振方向與這個(gè)方向垂直的光不能通過，這個(gè)方向叫作“透振方向”。偏振片對(duì)光波的作用就像狹縫對(duì)于機(jī)械波的作用一樣。
偏振片
自然光：太陽、日光燈、發(fā)光二極管等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。
偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個(gè)特定的方向振動(dòng)的光。
自然光表示法
x
y
z
x
y
沿 z 軸傳播的自然光
y
x
z
沿 z 軸傳播的偏振光
(多選)(2023·廣東韶關(guān)實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二月考)關(guān)于自然光和偏振光，以下說法正確的是
A．自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，但是沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度可以不相同
B．偏振光是在垂直于傳播方向的平面上、只沿著某一特定方向振動(dòng)的光
C．自然光透過一個(gè)偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個(gè)偏振片后又還原為自然光
D．太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光
例4
√
√
光的偏振現(xiàn)象
常見的偏振光
偏振光并不罕見。除了從太陽、白熾燈等光源直接發(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(shí)，反射光和折射光都是偏振光（如圖所示），入射角變化時(shí)偏振的程度也有變化。
反射引起自然光的偏振
用如圖所示裝置研究偏振現(xiàn)象，P1、P2是兩塊完全相同的圓形偏振片，A、B為觀測(cè)點(diǎn)，A、B和兩塊偏振片的中心共線，且偏振片與AB
連線垂直，兩偏振片可繞AB連線轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說法正確的是
A．固定P1，轉(zhuǎn)動(dòng)P2，則A、B處光強(qiáng)均發(fā)生變化
B．固定P2，轉(zhuǎn)動(dòng)P1，則A、B處光強(qiáng)均不發(fā)生變化
C．同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)P1和P2，A處光強(qiáng)不變，B處光強(qiáng)可能變化
D．同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)P1和P2，A、B處光強(qiáng)均發(fā)生變化
√
例5
偏光鏡
偏振現(xiàn)象的應(yīng)用
未使用偏振鏡前
使用偏振鏡后
偏振現(xiàn)象的應(yīng)用
偏振現(xiàn)象的應(yīng)用
偏振現(xiàn)象的應(yīng)用
汽車夜間行駛與對(duì)面的車輛相遇時(shí)，如遇遠(yuǎn)光燈引發(fā)炫目，極易引起車禍。駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振方向都沿同一方向并與水平面成45度角，可避免交通事故，保證行車安全。
偏振片在汽車擋風(fēng)玻璃上的應(yīng)用
夜間行車
偏振現(xiàn)象的應(yīng)用
L
R
拍攝立體電影時(shí)兩個(gè)鏡頭從不同方向同步拍攝，放映時(shí)通過兩個(gè)投影機(jī)同步放映兩組膠片，使略有差別的圖像在熒幕重疊。
偏振現(xiàn)象的應(yīng)用
偏振現(xiàn)象的應(yīng)用
3D電影
1. 激光的特點(diǎn)
(1)相干性好：激光的頻率單一，相干性非常好，用激光做衍射、干涉實(shí)驗(yàn)，效果很好。
(2)平行度好：從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴(kuò)展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴(kuò)展到幾十米范圍。
(3)亮度高：激光可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量，所以亮度高。
2．激光的應(yīng)用
(1)激光雷達(dá)－－利用激光的平行度好。
(2)讀盤－－利用激光的平行度好。
(3)醫(yī)用激光刀－－利用激光的亮度高。
(4)切割金屬等難熔物質(zhì)－－利用激光的亮度高。
(5)激光育種－－利用激光的亮度高。
(6)引起核聚變－－利用激光的亮度高。
(7)作為干涉、衍射的光源－－利用激光的相干性好。
(多選)關(guān)于激光的應(yīng)用，下列說法中正確的是
A．光纖通信是應(yīng)用激光相干性好的特點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行信息傳遞
B．計(jì)算機(jī)內(nèi)用“磁頭”可讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光平行度好的特點(diǎn)來進(jìn)行的
C．醫(yī)學(xué)中用激光做“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)
D．“激光測(cè)距雷達(dá)”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點(diǎn)
例6
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光纖通信主要利用激光的相干性好的特點(diǎn)，故A正確；計(jì)算機(jī)內(nèi)的“磁頭”可讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的平行度好的特點(diǎn)，故B正確；醫(yī)療中用激光做“光刀”和工業(yè)上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特點(diǎn)，故C正確；激光測(cè)距利用的是激光的平行度好的特點(diǎn)，故D錯(cuò)誤。
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