物理人教版 (2019)6 光的偏振 激光背景图课件ppt

这是一份物理人教版 (2019)6 光的偏振 激光背景图课件ppt，共45页。PPT课件主要包含了相当宽，模糊不清，明暗相间，提示衍射，传播方向，一切方向振动，相干性，激光的特点及应用等内容，欢迎下载使用。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]　1．了解光的衍射现象、偏振现象，知道激光的特性。2．知道自然光和偏振光的区别。3．借助实例分析推理知道光是横波。4．通过观察得出光明显衍射的条件。5．经历光的偏振实验的过程，体会偏振光的特性。6．通过生活中实例观察，引导学生体会物理之美，培养学习兴趣。
[问题初探]　问题1．光发生明显衍射的条件是什么？问题2．光的偏振说明光是横波还是纵波？问题3．激光的特点是什么？
[自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
1．光的衍射(1)用单色平行光照射狭缝，当缝很__时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了______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________，出现________的条纹。
知识点一　光的衍射与衍射光栅
(3)发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸跟光的波长____，甚至比光的波长还__的时候，衍射现象十分明显。
提醒：一般情况下，障碍物的尺寸比光的波长大得多，衍射现象不明显，故可近似认为光沿直线传播。
2．衍射光栅(1)结构由许多____的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。(2)衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度____，亮度____。
取三块不透光的板，在每块板的中间各开一个圆孔，三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，在屏上会出现图(a)所示光斑；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图(b)所示光斑；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)所示光斑。
问题1　图(b)中的屏上产生了什么现象？
问题2　比较屏上图(b)和图(c)说明了什么？
提示：孔越小，衍射现象越明显。
1．产生明显衍射的条件障碍物的尺寸跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射。对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物尺寸越小，衍射现象越明显。由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多。
2．三种不同的衍射现象及特点(1)单缝衍射①现象：如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上。若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区域出现明暗相间的条纹，即发生了明显的衍射现象。
②单缝衍射图样的四个特点a．中央条纹亮而宽。b．两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱。c．波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，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。d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。
(2)圆孔衍射①现象：圆孔衍射如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图乙(a)中所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙(b)中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环。
②圆孔衍射图样的两个特点a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外，圆环亮度越低。b．白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙(c)所示。
②障碍物的衍射图样的特点圆形阴影中心有一亮斑，圆形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。与小孔衍射图样有明显区别。
(选自沪科版教材)在上一节中，我们用光波的叠加分析了双缝干涉图样。光的衍射图样也是光波叠加的结果。在光的单缝和圆孔衍射图样中，都有一些亮条纹，这是来自单缝(或圆孔)的光波波面上不同点的子波叠加后加强的结果；暗条纹是子波叠加后削弱所致。因此，从本质上讲，衍射和干涉并没有区别，但一般来说，人们常把几个分立光束的相干叠加叫作干涉；而把波面无穷多个子波的相干叠加称为衍射。例如，双缝干涉是来自两个缝的光波的相干叠加；单缝衍射是来自单缝波面上无穷多个子波的相干叠加。
STSE科学家可以通过衍射图样来推断障碍物或孔隙的空间结构和形状。用激光束从侧面水平照射竖直弹簧，如图1(a)所示，光屏上会出现如图1(b)所示的衍射图像。而如图2所示为1952年拍摄的首张DNA分子X射线衍射图像，与图1(b)十分相似，当年科学家正是根据照片中的信息提出了DNA分子的双螺旋结构。
【典例1】　(衍射现象)在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到(　　)A．黑白相间的直条纹B．黑白相间的弧形条纹C．彩色的直条纹D．彩色弧形条纹
C　[白炽灯发出的是复色光，可以看到间距不同的、彩色的衍射条纹，由题意知灯管平行于狭缝，所以条纹与狭缝平行，为彩色的直条纹，故C正确，A、B、D错误。]
【典例2】　(双缝干涉与单缝衍射图样的区分)(多选)如图(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Ⅰ和Ⅱ；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，一块是蓝色，则(　　)
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
AD　[题图(b)中的条纹为等间距且明暗相间条纹，是干涉图样；题图(c)中的条纹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，由题图(b)知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙是蓝色条纹；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上出现题图(c)图案，再结合波长关系可知丙是红色条纹，丁是蓝色条纹，故A、D正确，B、C错误。]
规律方法　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。
1．偏振(1)不同的横波，即使________相同，____方向也可能不同的现象。称为“偏振现象”。(2)横波的____方向称为“偏振方向”。(3)偏振现象是____的特有现象，____没有“偏振现象”。
2．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____的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作____方向。(2)自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在____于传播方向上沿____________的光，而且沿着各个方向振动的光波的____都相同。(3)偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光叫作偏振光。
提醒：(1)通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，偏振片不改变光的频率和颜色。(2)偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实的狭缝。3．偏振现象的应用摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向____，就可以减弱反射光进入镜头。
如图所示，一束自然光通过偏振片(偏振片上用箭头表示其透振方向)照射到光屏上。
问题：上面各图中光屏亮暗情况如何？
提示：自然光通过偏振片后成为偏振光，当偏振光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时不能够通过，故甲、乙、丁图中光屏是亮的，丙图中光屏是暗的。
1．偏振片和透振方向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，只有沿着某个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。
2．自然光和偏振光的比较
【典例3】　(光的偏振原理)如图所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上透射光的强度最大，则(　　)
A．光的偏振现象说明光是纵波B．自然光垂直于OO′方向振动的光波的强度不相同C．只将A绕OO′轴旋转30°时，屏上透射光的强度不为零D．只将B绕OO′轴旋转180°时，屏上透射光的强度几乎为零
C　[光的偏振现象说明光是横波，A错误；自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同，B错误；开始时自然光通过两偏振片后在光屏C上透射光的强度最大，说明两偏振片的偏振方向是平行的，只将A绕OO′轴旋转30°时，两偏振片的偏振方向不垂直，屏上透射光的强度不为零，C正确；只将B绕OO′轴旋转180°时，两偏振片的偏振方向仍平行，透射光的强度最大，D错误。]
规律方法　对偏振光的理解(1)自然光通过一个偏振片成为偏振光，透射光的偏振方向与偏振片的放置有关，但光的强度与偏振片的透振方向无关。(2)偏振光通过偏振片时，透射光的强度与偏振方向和透振方向的夹角大小有关。
【典例4】　(偏振片的作用)如图所示，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。旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是(　　)
A．A、B均不变B．A、B均有变化C．A不变，B有变化D．A有变化，B不变
C　[白炽灯光是自然光，包含各个方向的光，且各个方向光的强度相等，所以旋转偏振片P时各个方向透射光的强度都相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后为偏振光，此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q，因此在旋转P时B点的光强有变化，选项C正确。]
1．激光：激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的频率____、相位差____、振动方向一致。2．激光的特点(1)高度的相干性：激光是人工产生的相干光，其单色性好、______好。激光的频率单一、颜色纯净，用激光做衍射、干涉实验效果很好。
知识点三　激光的特点与应用
(2)平行度好：从激光器发出的激光具有极好的____性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围。(3)亮度高：激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的____。
【典例5】　(激光的特点和应用)(多选)激光的诞生是一件大事，它使人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。下列关于激光的特性及其应用，说法正确的是(　　)A．医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的相干性 B．实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光的相干性 C．激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好的特点D．激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高的特点
BCD　[医学上用激光“焊接”剥落的视网膜，是利用激光的亮度高、强度大、能量集中的特点，A错误；实验室里用激光更容易完成双缝干涉实验和衍射实验，是利用激光频率单一、相干性好的特点，B正确；激光能够比较精确地测量地球到月球的距离，是利用激光的平行度好的特点，C正确；激光束很容易给坚硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高、强度大、能量集中的特点，D正确。]
【教用·备选例题】　(多选)以下说法正确的是(　　)A．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性B．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象C．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物D．普通摄像技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息摄像技术还可以记录光波的相位信息
ACD　[激光也可以发生衍射现象，故B错误，选ACD。]
应用迁移·随堂评估自测
1．下列现象属于光的衍射现象的是(　　)A．打磨成多面体的钻石在灯光照射下璀璨夺目B．当大雨荡涤了空中的尘埃，阳光普照大地，天边往往会出现美丽的彩虹C．通过遮光板上的小孔观察远处明亮的电灯，看到电灯周围有一圈彩色光环D．日光照射下，观察紧叠在一起的两块平板玻璃，若板间存在薄空气层，从平板玻璃的上表面常会看到彩色条纹
C　[打磨成多面体的钻石在灯光照射下璀璨夺目是光的全反射现象，故A错误；彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射、再折射后形成的，这是光的折射现象，故B错误；通过遮光板上的小孔观察远处明亮的电灯，看到电灯周围有一圈彩色光环是光通过小孔，发生了衍射现象，故C正确；观察紧叠在一起的两块平板玻璃，若板间存在薄空气层，从平板玻璃的上表面常会看到彩色条纹，这是光分别从空气层的上表面和下表面反射，发生了光的干涉现象，故D错误。]
2．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样。下图中属于光的单缝衍射图样的是(　　)
A．(a)(c) B．(b)(c)C．(a)(d) D．(b)(d)
D　[题图(a)中是等间距的光的干涉图样，题图(b)是单色光的单缝衍射图样，题图(c)是水波的衍射图样，题图(d)是白光的单缝衍射图样，D正确。]
3．用如图所示装置研究偏振现象，P1、P2是两块完全相同的圆形偏振片，A、B为观测点，A、B和两块偏振片的中心共线，且偏振片与AB连线垂直，两偏振片可绕AB连线转动，下列说法正确的是(　　)
A．固定P1，转动P2，则A、B处光强均发生变化B．固定P2，转动P1，则A、B处光强均不发生变化C．同时转动P1和P2，A处光强不变，B处光强可能变化D．同时转动P1和P2，A、B处光强均发生变化
C　[自然光沿着各个方向振动的光波强度均相同，故无论是否转动P1和P2，A处光强均不变，故A、D错误；若转动P1，固定P2，当两偏振片的狭缝平行时，B处光强最大；当两偏振片的狭缝垂直时，B处光强最小，故B处光强可能变化，故B错误；同时转动P1和P2，同理当两偏振片的狭缝平行时，B处光强最大；当两偏振片的狭缝垂直时，B处光强最小，故B处光强可能变化，故C正确。]