1/10第6、7節光的衍射與偏振激光核心素養導學物理觀念(1)認識光的衍射、衍射條紋的特點。(2)認識光的偏振的特點。(3)掌握激光的特點和各種應用?？茖W探究(1)探究光發生明顯衍射的條件。(2)觀察光的偏振現象?？茖W態度與責任認識光學知識在現代生活和科技等方面的應用。一、光的衍射1.實驗觀察在不透明的屏上安裝一個可調的單縫,縫后放一個光屏,用激光照射單縫。

2.實驗現象(1)縫比較寬時,在屏上產生一條與縫寬相當的線。

(2)縫調到很窄時,亮條紋亮度降低,但寬度,而且還出現了的條紋,中央亮條紋較寬。

(3)用白光做實驗,得到的條紋是的,但中央條紋是白色的。

3.明顯衍射的條件障礙物或狹縫的尺寸的時候,衍射現象十分明顯,這時就不能說光沿直線傳播了。

[微點撥]光在沒有障礙物的均勻介質中是沿直線傳播的。二、光的偏振1.偏振(1)橫波:質點的振動方向與波的傳播方向垂直,具有偏振現象,質點振動方向稱為偏振方向。(2)縱波:質點的振動方向與波的傳播方向在同一直線上,沒有偏振現象。2.光的偏振(1)研究表明:光是一種。

(2)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,這個方向叫作透光方向(也叫“透振方向”)。光的振動方向與這個透光方向的成分才能通過偏振片,時不能通過偏振片。

(3)線偏振光:光振動的方向限在一個平面,沿著某一特定方向振動的光。(4)自然光:由大量的、的線偏振光組成的光。

三、激光1.普通光源的特點:發出的自然光是許多頻率、相位、偏振以及傳播方向各不相同的光的雜亂無章的混合。2.激光:相同、恒定、振動方向一致的光波。

3.激光的特點:強度大;;;相干性好;覆蓋波段寬而且可調諧。

4.激光的應用:激光加工;激光全息照相;激光檢測;激光通信;激光醫學;激光照排;激光探測引力波;激光驅動流體。1.用三塊不透光的板,在每塊板的中間各開一個圓孔,各板所開的圓孔直徑依次變小。裝置如圖甲所示,先用點光源照射圓孔最大的那塊板,在屏上會出現一個如圖乙所示的明亮圓形光斑;再換上圓孔較小的那塊板,在屏上會出現如圖丙所示較小的明亮圓形光斑;最后用圓孔最小(直徑約為1mm)的那塊板,在屏上會出現如圖丁所示的明暗相間的條紋。(1)圖乙中的情境是現象。

(2)圖丙中的情境是現象。

(3)圖丁中的情境是現象。

2.通過一塊偏振片觀察電燈、蠟燭、月亮、反光的黑板,當以入射光線為軸轉動偏振片時,看到的現象有何不同?3.激光火箭的體積小,卻可以裝載更大、更重要的衛星或飛船,激光由地面激光站或空間激光動力衛星提供,通過一套裝置,像手電筒一樣,讓激光束射入火箭發動機的燃燒室,使推進劑受熱而急劇膨脹,于是形成一股高溫高壓的燃氣流,以極大的速度噴出,產生巨大的推力,把衛星或飛船送入太空。則激光火箭利用了激光哪些性質?新知學習(一)|三種常見的衍射[任務驅動]三種衍射圖樣如圖所示:試判斷三種衍射的類型。[重點釋解]1.單縫衍射(1)現象:如圖,點光源S發出的光經過單縫后照射到光屏上,若縫較寬,則光沿直線傳播,傳播到光屏上的AB區域;若縫足夠窄,則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區,在AA'、BB'區出現亮暗相間的條紋,即發生了衍射現象。(2)單縫衍射圖樣的四個特點:①中央條紋亮而寬;②兩側亮條紋具有對稱性,亮條紋寬度逐漸變窄,亮度逐漸減弱;③波長一定時,單縫窄的中央條紋寬,條紋間距大,單縫不變時,光波波長大的中央條紋寬,條紋間距大;④白光的單縫衍射條紋中央為白色亮條紋,兩側為彩色條紋,且外側呈紅色,靠近白色亮條紋的內側為紫色。2.圓孔衍射(1)現象:圓孔衍射如圖甲所示,當擋板AB上的圓孔較大時,光屏上出現如圖乙中a所示的情形,光沿直線傳播,無明顯衍射現象發生;當擋板AB上的圓孔很小時,光屏上出現如圖乙中b所示的衍射圖樣,出現亮、暗相間的圓環。(2)圓孔衍射圖樣的兩個特點①單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大,外面是明暗相間的不等距的圓環;越向外,亮環亮度越低。②白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色,周圍是彩色圓環。3.泊松亮斑——障礙物的衍射現象(1)現象:各種不同形狀的障礙物也能使光發生衍射,使影的輪廓模糊不清。若在單色光傳播途中,放一個較小的圓形障礙物,會發現在陰影中心有一個亮斑,這就是著名的泊松亮斑,如圖乙中c所示。(2)障礙物的衍射圖樣的特點:圓形陰影中心有一亮斑,圓板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。[典例體驗][典例]如圖a、b是由單色光分別入射到a圓孔和b圓孔形成的圖像,由兩圖可以得出()A.a圖是衍射圖像,a孔直徑小于b孔直徑B.a圖是干涉圖像,a孔直徑大于b孔直徑C.b圖是衍射圖像,a孔直徑小于b孔直徑D.b圖是干涉圖像,a孔直徑大于b孔直徑聽課記錄:/方法技巧/光通過大孔、小孔、小圓盤衍射的區別(1)光通過大孔沿直線傳播,觀察不到明顯的衍射條紋。(2)小孔形成明顯的衍射條紋。(3)小圓盤出現泊松亮斑。[針對訓練]1.光可以通過小孔形成清晰的明暗相間的衍射圖樣,下列四幅圖片中屬于光的小孔衍射圖樣的是(圖中白色和黑色分別表示明亮和黑暗程度)()2.讓太陽光垂直照射一塊遮光板,板上有一個可以自由收縮的三角形孔,當此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時,觀察在孔后的屏上將先后出現什么現象?并解釋產生該現象的原因?新知學習(二)|單縫衍射和雙縫干涉的對比[重點釋解]單縫衍射與雙縫干涉的比較名稱項目單縫衍射雙縫干涉不同點產生條件只要狹縫足夠小,任何光都能明顯發生頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的兩列光波相遇疊加條紋寬度條紋寬度不相等,中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不相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象,表明光是一種波圖樣光波的波長增大,衍射條紋、干涉條紋的寬度都變大。復色光的衍射或干涉圖樣,可認為各單色光單獨衍射或干涉所成圖樣的疊加[典例體驗][典例]如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍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(黑色部分表示亮條紋)。在下面的4幅圖中從左往右排列,亮條紋的顏色依次是()A.紅黃藍紫 B.紅紫藍黃C.藍紫紅黃 D.藍黃紅紫聽課記錄:/方法技巧/區分雙縫干涉圖樣與單縫衍射圖樣的方法根據條紋的寬度區分雙縫干涉的條紋是等寬的,條紋間的距離也是相等的,而單縫衍射的條紋,中央亮條紋最寬,兩側的亮條紋逐漸變窄根據條紋的亮度區分雙縫干涉條紋,從中央亮紋往兩側亮條紋的亮度變化很小,而單縫衍射條紋的中央亮條紋最亮,兩側的亮條紋逐漸變暗[變式拓展](多選)對應[典例]的情境,結合其中藍光產生的干涉圖樣和黃光產生的衍射圖樣,下列能使條紋變寬的方法是()A.把藍光換成紫光B.把雙縫干涉儀器中的雙縫間距變小C.把黃光換成紅光D.把單縫的寬度變小[針對訓練]1.(多選)下列各選項所示的四種明暗相間的條紋,是紅光、紫光分別通過同一個雙縫干涉儀形成的干涉圖樣和通過同一個單縫形成的衍射圖樣。圖中黑色部分代表亮條紋,下列四幅圖中由紅光形成的圖樣是()2.利用圖1所示的裝置(示意圖),觀察光的干涉、衍射現象,在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關于P處放置的光學元件說法正確的是()A.甲對應單縫,乙對應雙縫B.甲對應雙縫,乙對應單縫C.都是單縫,甲對應的縫寬較大D.都是雙縫,甲對應的雙縫間距較大新知學習(三)|光的偏振及應用[任務驅動]立體電影放映時通過兩臺放映機,同步放映兩組膠片,觀眾必須戴上特制的“3D眼鏡”觀看,就會產生立體感,使觀眾有身臨其境的體驗,若不戴上述眼鏡,則看到銀幕上的畫面就會出現重影而模糊不清。請思考戴上“3D眼鏡”觀看立體電影應用了什么原理?[重點釋解]1.偏振片和透光方向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,只有沿著某個特定方向振動的光波才能順利通過偏振片,這個方向叫作透光方向(也叫透振方向)。說明:光的偏振現象表明光是橫波。2.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,沿著各個方向振動在垂直于傳播方向的平面內,沿著某個特定的方向振動經偏振片后現象比較如上圖所示,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[典例體驗][典例](多選)如圖所示,P是一偏振片,P的透振方向(用帶箭頭的實線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中哪幾種照射P時能在P的另一側觀察到透射光()A.太陽光B.沿豎直方向振動的光C.沿水平方向振動的光D.沿與豎直方向成45°角的方向振動的光聽課記錄:[針對訓練]1.如圖所示,白熾燈的右側依次平行放置偏振片P和Q,A點位于P、Q之間,B點位于Q右側。旋轉偏振片P,A、B兩點光的強度變化情況是()A.A、B均不變 B.A、B均有變化C.A不變,B有變化 D.A有變化,B不變2.(多選)如圖所示,電燈S發出的光先后經過偏振片A和B,人眼在P處迎著入射光方向,看不到光亮,則()A.圖中a處光為偏振光B.圖中b處光為偏振光C.以SP為軸將B轉過180°后,在P處將看到光亮D.以SP為軸將B轉過90°后,在P處將看到光亮一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養?物理觀念——太陽光的衍射1.(選自魯科版教材課后練習)如圖所示,讓太陽光通過窗上的小孔射進漆黑的室內,并落在光滑的反射面(如玻璃、瓷碗、鍍鉻器件或涂有油漆的門窗等)上。這時,你瞇著眼并迎著反射方向看去,不但能看到反射面上的白點(太陽虛像),同時還能看到在它的兩旁出現一排對稱的彩帶,眼縫越細,這種現象越顯著,請分析原因。?科學探究——偏振光的檢測2.(選自粵教版教材“觀察與思考”)如圖所示,偏振片是一種由特殊的材料制成的元件,它有一個特殊的方向,叫作透振方向。當光的振動方向與透振方向平行時,光能完全通過偏振片;當光的振動方向與透振方向垂直時,光不能通過偏振片;當處于兩者之間時,光只能部分通過。(1)讓太陽光或燈光通過偏振片,旋轉偏振片,從偏振片的另一側觀察到的光有什么變化?(2)保持偏振片位置不動,再在后面放置第二塊偏振片,旋轉第二塊偏振片,從第二塊偏振片后能觀察到什么現象?二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1.(多選)抽制細絲時可以用激光監控其粗細,如圖所示,激光束越過細絲時產生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規律相同,則()A.這是利用光的干涉現象B.這是利用光的衍射現象C.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變粗了D.如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變細了2.(2024·江蘇高考)用觀看立體電影的特制眼鏡觀察手機液晶屏幕上的圖片,透過左鏡片的圖片明亮、右鏡片的灰暗。旋轉手機屏幕90°后,透過兩鏡片的圖片()A.均變明亮B.均變灰暗C.亮度均無變化D.左鏡片的變暗,右鏡片的變亮第6、7節光的衍射與偏振激光落實必備知識[預讀教材]一、1.寬度2.(1)亮(2)增大明暗相間(3)彩色3.很小二、2.(1)橫波(2)平行垂直(4)振動方向不同三、2.頻率相位差3.方向性好單色性好[情境創設]1.(1)光的直線傳播(2)光的直線傳播(3)光的衍射2.提示:通過一塊偏振片去觀察電燈、蠟燭時,透射光的強弱不隨偏振片的旋轉而變化。因為燈光、燭光都是自然光,沿各個方向振動的光的強度相同,因此當偏振片旋轉時,透射出來的光波的振動方向雖然改變了(肉眼對此不能感覺),但光的強弱沒有改變。月亮和黑板反射的光是偏振光,它們通過偏振片透射過來的光線的強弱會隨偏振片的旋轉發生周期性的變化。3.提示:由于激光站與衛星相隔距離遠,為了減少能量損失,必須利用激光方向性好、強度大的性質。強化關鍵能力新知學習(一)[任務驅動]提示:a為單縫衍射,b為圓孔衍射,c為泊松亮斑。[典例]選A因為干涉圖樣為等寬度亮暗相間的條紋,a圖是衍射圖像,所以B、D錯誤;衍射發生的條件是縫隙寬度小于光的波長才能有清晰的衍射圖像,如果縫隙寬度過大會觀察不到衍射圖像,光會沿直線傳播,根據圖像信息可知,b圖是光沿直線傳播形成的圖像,所以a孔直徑小于b孔直徑,故A正確、C錯誤。[針對訓練]1.選B小孔衍射條紋的特點是圓形條紋,中心圓形亮條紋大且亮,B項符合這個特點。2.提示:當孔足夠大時,由于光沿直線傳播,所以屏上首先出現的是三角形光斑,之后隨著小孔的繼續縮小,出現小孔成像,成的是太陽的像,故為小圓形光斑,隨著小孔的進一步縮小,當尺寸與光波波長差不多時,出現了明暗相間的衍射條紋,最后隨小孔的閉合而全部消失。新知學習(二)[典例]選B雙縫干涉條紋是等間距的,而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬、最亮之外,兩側條紋亮度、寬度都逐漸減小,因此a、c為雙縫干涉條紋,b、d為單縫衍射條紋。雙縫干涉條紋的寬度(即相鄰亮或暗條紋間距)Δx=ldλ,紅光波長比藍光波長長,則紅光干涉條紋間距大于藍光干涉條紋間距,即a、c分別對應于紅光和藍光。而在單縫衍射中,當單縫寬度一定時,波長越長,衍射越明顯,即中央條紋越寬越亮,b、d分別對應于紫光和黃光。綜上所述,a、b、c、d四個圖中亮條紋的顏色依次是:紅、紫、藍、黃,B[變式拓展]選BCD對雙縫干涉來說,相鄰條紋的間距Δx=ldλ,可知增大l和λ或減小d均可增大條紋的寬度,故A錯誤,B正確;在單縫衍射現象中,如增大條紋的寬度,可以使λ增大或單縫減小,故C、D[針對訓練]1.選AD雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋,相鄰兩亮(暗)條紋中心線間的距離相等,故A、C是雙縫干涉圖樣,根據雙縫干涉條紋間距Δx=ldλ可知,波長λ越長,Δx越大,故A選項是紅光的干涉圖樣,C選項是紫光的干涉圖樣;單縫衍射條紋中間明亮且寬度大,越向兩側條紋寬度越小,亮度越暗,且光的波長越長,中央亮條紋越寬,故B選項是紫光單縫衍射圖樣,D選項為紅光單縫衍射圖樣。綜上所述,選項A、D2.選A單縫衍射圖樣的中央條紋亮且寬,相鄰條紋間距不等;雙縫干涉圖樣中相鄰條紋間距相等。根據題目中給出的甲、乙兩種圖樣可知,甲是單縫衍射的圖樣,乙是雙縫干涉的圖樣,A選項正確。新知學習(三)[任務驅動]提示:應用了光的偏振現象。[典例]選ABD偏振片只讓沿某一方向振動的光順利通過,當偏振片的透振方向與光的振動方向的夾角不為90°時,有光透過偏振片,但透射光的強度變弱。太陽光是自然光,光波可沿任何方向振動,所以在P的另一側能觀察到透射光;沿豎直方向振動的光,振動方向與偏振片的透振方向相同,當然也可看到透射光;沿水平方向振動的光,其振動方向與偏振片的透振方向垂直,所以看不到透射光;沿與豎直方向成45°角的方向振動的光,其振動方向與透振方向不垂直,仍可看到透