粤教版高中物理选择性必修第一册第4章第6节光的衍射和偏振第7节激光课件

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第四章　光及其应用第六节　光的衍射和偏振第七节　激光必备知识·自主预习储备01知识梳理基础自测知识点一　光的衍射1．定义光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，会偏离原有________的途径而绕到障碍物后面的现象．2．常见的衍射现象(1)狭缝衍射现象：光通过____时，在屏上出现明暗相间的条纹．(2)圆孔衍射现象：光通过____时，在屏上出现明暗相间的圆环．3．光的明显衍射的条件当障碍物或孔的尺寸与光的波长____，甚至____光的波长时，衍射现象将十分明显．直线传播狭缝小孔相当小于知识点二　光的偏振1．偏振片和透振方向．偏振片是一种由特殊材料制成的元件，它有一个特殊的方向，叫作透振方向．当光的振动方向与透振方向____时，光能完全通过偏振片；当光的振动方向与透振方向____时，光不能通过偏振片，当处于两者之间时，光只能________．2．只有横波才具有偏振性，光的偏振现象验证了光是____．3．偏振现象在生活中的应用：(1)保护眼睛的__________．(2)摄影爱好者常备的__________．平行垂直部分通过横波偏振光眼镜偏振滤光片知识点三　激光1．激光的特性(1)单色性好：光谱宽度很__．(2)相干性好：具有____相同，______恒定，________一致的特点．(3)平行度好：能量在空间高度集中，不容易发散．(4)亮度高：可以在很小的____和很短的____内集中很大的____．窄频率相位差偏振方向空间时间能量2．激光的应用(1)光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体．(2)激光在雷达上用于测量距离和跟踪目标．(3)工业上的激光切割、激光焊接技术，医学上切割肿瘤的“光刀”等．(4)全息照相．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)．(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的． (　　)(2)所有光都能发生衍射现象． (　　)(3)激光是人工产生的相干光，其单色性好、相干性好． (　　)(4)光的偏振现象说明光是横波． (　　)×√√√2．(多选)关于衍射，下列说法正确的是(　　)A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B．双缝干涉中也存在衍射现象C．一切波都很容易发生明显的衍射现象D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实√√AB　[衍射花纹图样是光波相互叠加的结果，故A正确；双缝干涉中缝的宽度与波长差不多，光通过缝时，也发生了衍射现象，故B正确；衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射，但只有波长大于或相当于障碍物或小孔的尺寸时，才能发生明显的衍射，故C错误；当波长比障碍物或小孔的尺寸小得多时，不能发生明显的衍射，这是表现出直线传播的特征，出现了影，影的存在与衍射现象并不是相互矛盾的，故D错误．]3．(多选)一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透射方向)(　　)ABD　[自然光通过起偏器后成为偏振光，当偏振光的振动方向与起偏器的透振方向平行时能够通过，否则不能通过，所以A、B、D正确．]√A　　　　　B　　　　C　　　　D√√关键能力·情境探究达成02考点1　光的衍射考点2　单缝衍射、双缝干涉的比较考点3　激光考点4　光的偏振取3块不透光的板，在每块板的中间各开1个圆孔，3块板所开的圆孔大小不一．先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现一个明亮的圆形光斑图a；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图b；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现图c.(1)屏上图b产生了什么现象？(2)比较屏上图b和图c，说明了什么？提示：(1)衍射现象．(2)孔越小，衍射现象越明显．◆考点1　光的衍射1．单缝衍射图样(1)单色光通过狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹，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，在屏上出现彩色光纹，中央为白色条纹．(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝一定时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大．2．圆孔衍射图样(1)中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小，如图所示．(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．(3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大．(4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环．(5)只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样．在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏上依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)．3．不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)(1)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．(2)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小．【典例1】　对于单缝衍射现象，下列说法正确的是(　　)A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显C．缝宽度d越小，光传播路线越接近直线D．入射光的波长越短，衍射现象越明显B　[单缝衍射现象中，波长越长越容易衍射，中央亮纹越宽，所以d减小，相对波长变长，因此衍射现象越明显．缝宽度d越小，越体现光子的随机性，衍射越明显，入射光的波长越长，衍射现象越明显，所以答案为B.]√[跟进训练]1．(多选)在观察光的衍射实验中，分别观察到如图甲、乙所示的清晰的明暗相间的图样，图中黑线为暗纹．那么障碍物应是(　　)A．甲图对应的障碍物应是小圆孔B．甲图对应的障碍物是小圆板C．乙图对应的障碍物应是小圆板D．乙图对应的障碍物是小圆孔√√AC　[比较两图，它们的背景明显不同，甲图的背景为黑色阴影，说明障碍物应是很大的不透明挡板，中间有透光并且带有衍射图样的花纹，说明挡板的中间有小圆孔；乙图的背景为白色，说明周围没有障碍物，中间有不透光圆形阴影，并且带有衍射图样的花纹，说明中间存在很小的不透明圆板，乙图正中央的小亮点是泊松亮斑．故A、C正确，B、D错误．]◆考点2　单缝衍射、双缝干涉的比较单缝衍射与双缝干涉的比较【典例2】　如图所示的4种明暗相间的条纹，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(黑色部分表示亮纹)．则在下面的四个图中从左往右排列，哪个图是黄光形成的条纹(　　)√A　　　　　B　　　　　C　　　　DD　[双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故A、C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；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越长，中央亮条纹越粗，故B、D是衍射图样，紫光波长较短，则中央亮条纹较细，故B是紫光的衍射条纹，D是黄光的衍射条纹，故选D.]区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的，而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄．(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹的中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗．◆考点3　激光激光的特性及应用【典例3】　关于激光的应用，下列说法正确的是(　　)A．全息照片拍摄是利用了激光的全反射原理B．利用激光是相干光，可以用在雷达上进行精确的测距C．由于激光平行度好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息D．利用激光亮度高，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜√D　[全息照片拍摄是利用了激光的频率单一，相干性好，能够产生明显的干涉，故A错误；利用激光平行度好，可以用在雷达上进行精确的测距，故B错误；利用激光相干性好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故C错误；利用激光光强度大、能量集中，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜，故D正确．][跟进训练]2．激光可以用来进行精确的测距，激光测距雷达就是一种可以用来测距的装置，它是利用了激光的什么特点(　　)A．激光具有高度的相干性 B．激光的平行度非常好C．激光的亮度高 D．激光的单色性好B　[“激光测距雷达”利用激光测量很远距离的目标是因为激光平行度好，方向性好．故B正确．]√◆考点4　光的偏振1．偏振现象对于横波通过狭缝的情况，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能无阻碍地通过狭缝，而当狭缝的方向与横波质点的振动方向垂直时，横波不能通过狭缝，说明偏振是横波特有的现象．2．自然光与偏振光的区别【典例4】　(多选)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏，如图所示，则下列说法正确的是(　　)A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱[思路点拨]　该题可按如下思路分析：太阳光是自然光→振动方向与偏振片的透振方向相同的光透过→两平行偏振片的透振方向平行时透光最多，垂直时不透光．√√BD　[P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱．]关于“偏振”的几个注意事项(1)偏振片是由特定的材料制成的，每个偏振片都有一个特定的方向，这个方向叫作“透振方向”，只有沿透振方向振动的光才能通过偏振片．(2)偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实狭缝．(3)光的偏振现象说明光是一种横波．(4)自然光透过偏振片可以变成偏振光．(5)当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，透过偏振片的光的强度不同．[跟进训练]3．关于自然光和偏振光，下列观点正确的是(　　)A．自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能B．只有自然光透过偏振片才能获得偏振光C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光D．自然光和偏振光都能使感光底片感光√D　[振动沿各个方向均匀分布的光是自然光，而振动沿着特定方向的光是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，所以A错误；光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光，所以B错误；光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错误；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正确．]学习效果·随堂评估自测031．(2022·北京卷)下列现象能说明光是横波的是(　　)A．光的衍射现象 B．光的折射现象C．光的偏振现象 D．光的干涉现象C　[光的偏振现象能说明光是横波．故选C.]1234√51234√52．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．衍射条纹的间距不变，只是亮度减弱A　[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．将缝调宽，现象向相反方向变化，故A正确．]3．2016年，科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化，这是引力波存在的直接证据．关于激光，下列说法中正确的是(　　)A．激光是自然界中某种物质直接发光产生的，不是偏振光B．激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉C．用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环D．激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息1234√5D　[激光是人造光，也是偏振光，故A错误；激光相干性好，只有频率相同的两束激光才会发生干涉，故B错误；用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等，故C错误；激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息，故D正确．]123454．如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则(　　)A．图中a光为偏振光B．图中b光为自然光C ．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮1234√5D　[自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光，从电灯直接发出的光为自然光，它通过偏振片A后，即变为偏振光，故A、B错误；设通过A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮；以SP为轴将B转过90°后，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故C错误，D正确．]12345 12345回顾本节内容，自主完成以下问题：1．圆孔衍射与泊松亮斑中央的条纹有什么不一样？提示：圆孔衍射的中央亮斑亮大，周围是明暗相间的条纹．泊松亮斑中央也是亮斑，比较小，周围是一大圈暗纹．2．干涉条纹与衍射条纹的不同点？提示：干涉条纹是等间距，衍射条纹是中央宽，两边窄，亮度变暗．3．光的偏振现象说明了什么？提示：光是横波．阅读材料·拓展物理视野04激光在眼科中的应用1．激光治疗青光眼眼球内是一个封闭的结构，正常情况下房水在前、后房不断循环流动，维持眼压在一个恒定水平．如果房水排出通道阻塞，房水排出受阻，眼压升高，引起眼球壁压力太大，重则导致视神经损害．激光巩膜切除术，具有操作简单、安全有效、切除精确易控制手术量、术后反应轻、并发症少、应用范围广等优点，是近年发展出的技术，被认为是最有潜力的发展方向．2．激光治疗白内障白内障是晶状体中出现浑浊而对视力产生影响的疾病．可以用激光乳化的方法除去晶状体核组织．当激光器发射激光后，能量迅速被晶状体组织中的水分子吸收，在光汽化作用下，水分子迅速蒸发膨胀，形成一个微小空穴泡，并发生微小爆破．当空穴泡塌陷后可使晶状体核组织乳化成微小颗粒，然后用手术仪的吸注系统吸除碎屑．3．激光治疗屈光不正屈光不正是指在眼球调节松弛状态下，来自 5 m以外的平行光线，经过眼的屈光系统屈折后，不能在视网膜上清晰成像的情况．它包括远视、近视及散光．病因是眼球的形状改变，不能将光线准确对焦视网膜上．临床上可以用准分子激光来进行矫正，准分子激光是波长很短的紫外光，它与生物组织发生的是光化学效应而不是热效应，因此，不会产生热损伤．在计算机控制下，可根据所需矫正的屈光度，利用准分子激光对角膜组织进行精确切削，改变角膜弯曲度，从而实现矫正．4．激光治疗眼底病眼底由视网膜、眼底血管、视神经乳头、视神经纤维、视网膜上的黄斑部以及视网膜后的脉络膜等构成，这些部位的病变统称为眼底病．常见的眼底病有视网膜裂孔、糖尿病视网膜病变、视网膜中央静脉及分支阻塞、视网膜血管瘤、中心性浆液视网膜脉终膜病变，等等．由于眼球具有透明的间质等特殊结构，所以激光是一个良好的治疗眼底病的工具．问题1．激光治疗眼病主要应用激光的什么特点？提示：能量高．2．激光除了应用于医疗外，还用于哪些方面？举例说明。提示：激光焊接、激光打标、激光打孔、激光热处理等．