教科版 (2019)选择性必修 第一册光的衍射与偏振示范课ppt课件

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情境导学 在不透明的屏上装上一个宽度可调的单缝.在单缝后适当距离处放一个光屏，用红色激光照射单缝.当缝较宽时，在光屏上看到一条跟单缝宽度相当的亮线，把单缝调到很窄时，屏上出现明暗相间的条纹，中间条纹最宽，越往两边，条纹越窄.
1 光的衍射的概念 光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，会偏离原有直线传播的路径而绕到障碍物后面（衍射是波特有的现象，光的衍射说明光是一种波．），这种现象叫作光的衍射现象.
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2 产生明显衍射现象的条件 当障碍物或孔的尺寸与光的波长相当，甚至小于光的波长（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.）时，衍射现象将十分明显.
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3 经典的衍射现象（1）单缝衍射和圆孔衍射
特别提醒 在衍射现象中，狭缝变窄或圆孔变小时，衍射现象更加明显，光能传播到的区域变大，但通过狭缝或圆孔的光变少，条纹或圆环的亮度会降低.
（2）圆盘衍射——障碍物的衍射现象 ①圆盘衍射现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射现象，使障碍物的阴影的轮廓模糊不清.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.亮斑周围是亮暗相间的圆环. ②圆盘衍射的图样特点：圆盘衍射图样中的亮环或暗环的间距随半径的增大而减小，如图4-6-1所示.
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辨析比较圆孔衍射与圆盘衍射图样的比较
例1-1 当游客站在峨眉山山顶背向太阳而立，而前下方又弥漫云雾时，有时会在前下方的天幕上看到一个外红内紫的彩色光环，这就是神奇的“佛光现象”.佛光是一种奇特的自然现象，当阳光穿过较厚的云层时，会受到云层深处水滴或冰晶的反射，这种反射光穿过云雾表面时，在微小的水滴边缘产生衍射现象.那么，下述现象中与“佛光”现象的成因相同的是( )
A.雨后的彩虹B.孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓C.路面上的油膜在阳光下呈现彩色D.阳光照射下，树影中呈现一个个圆形光斑
【解析】雨后形成彩虹是因为光的折射，选项A错误；孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓是因为光的反射和衍射，选项B正确；路面上的油膜在阳光下呈现彩色是因为光的干涉，选项C错误；阳光照射下，树影中有圆形光斑是因为光的直线传播，选项D错误.
我们经常看到交通信号灯、安全指示灯、雾灯、施工警示灯等都是红色的，除了红色光容易引起人们的视觉反应外，还有一个重要原因，这个原因是什么？
提示 红光波长较长，比其他可见光更容易发生衍射现象.
1.（多选）抽制细丝时可用激光监控其粗细，激光束越过细丝时产生条纹的规律和激光束通过遮光板上同样宽度的窄缝时产生条纹的规律相同，则下列说法正确的是( )
A.这是利用光的干涉现象B.这是利用光的衍射现象C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
【解析】抽制细丝时,利用激光束越过细丝，也就是光通过较小的障碍物产生的条纹来监控丝的粗细，这是利用光的衍射现象，A错误，B正确；细丝直径越小，衍射现象越明显，条纹宽度越宽，C错误，D正确.
例1-2 让烛光照射到一块遮光板上,板上有一个可自由收缩的圆形孔，当此圆形孔缓慢地由大收缩变小时,在孔后的屏上将先后出现的现象是（遮住侧面光）( )
A.圆形光斑 倒立的烛焰 明暗相间的圆环B.明暗相间的圆环 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.圆形光斑 明暗相间的圆环 倒立的烛焰
【解析】当圆形孔较大时，屏上出现一个圆形光斑；随着圆形孔缓慢地收缩，光斑逐渐变小;当圆形孔小到一定程度时，屏上会出现倒立的烛焰，这是小孔成像现象;继续使圆形孔缓慢收缩，当圆形孔的大小与光波波长相差不多时，在屏上可以观察到衍射图样，即明暗相间的圆环.故A正确.
1 偏振现象 用手握住绳的一端，另一端固定.手做垂直于绳方向的抖动，在绳上就形成了横波.如果在绳波传播的路径中放置一个带有狭缝的栅栏（如图4-6-2），我们看到：当
偏振是横波特有的现象，纵波不能发生偏振现象.
狭缝的方向与绳的振动方向相同时，绳上横波可以传过去；狭缝的方向与绳的振动方向垂直时，绳上横波就不能通过了，这种现象叫作偏振.
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2 光的偏振 （1）偏振片 偏振片由特殊材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，振动方向与这个方向垂直的光不能通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”.
（2）观察光的偏振现象 ①取一块偏振片，通过它去观察一个发光的灯，我们看到它是透明的.绕过偏振片中心轴并垂直其平面的轴转动偏振片，透过的光并没有发生变化，如图4-6-3甲所示.
②再取一块同样的偏振片，把它放在前一块偏振片的后面，让它们互相平行.固定前一块偏振片，绕中心轴转动后一块偏振片，如图4-6-3乙所示，可观察到，当后一块偏振片转到一定程度时就没有光通过了.
观察结论：光是一种横波.
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3 自然光 如果光振动的方向限在一个平面，这种光叫线偏振光.通常光源发出的光（包括太阳光）是由大量的、振动方向不同的线偏振光组成，称为自然光.
4 偏振光的产生方式 （1）让自然光（自然光不是偏振光.）通过偏振片即可产生偏振光. （2）自然光在玻璃、水面等表面反射或折射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有变化.如图4-6-4所示.
5 偏振现象的应用
（1）立体电影 如图4-6-5所示．在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向互相垂直.观众所戴的偏振眼镜的两只镜片透振方向互相垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片跟右边放映机前偏振片的透振方向一致．这样，左眼只能看到左边放映机放映出的画面，右眼只能看到右边放映机放映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感.
例2-4 夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来汽车的司机照得睁不开眼睛，严重影响行车安全，则可考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光，同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃.要使司机看到迎面驶来的汽车的前灯发出的光有效减弱，还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体．假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是( )
1 激光和激光的产生 （1）传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波叫作激光．激光是相干光，激光是人工产生的光．（自然界中的发光体不能发出激光.） （2）在现代科学技术中用激光器产生激光.
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2 激光的特性
3 激光的常见应用
4 激光的一些新技术、新应用 （1）人类第一次实际探测到引力波 探测所使用的激光干涉引力波天文台中的核心仪器具有超精密激光技术，能够进行弱引力波信号的检测. （2）中国首次发现激光驱动流体新技术 2017年10月12日，国内外高校的合作者成功利用脉冲激光在纯水中实现持续高速的水流喷射，首次实现激光驱动流体.
例3-5 关于激光，下列说法正确的是( )
A.激光的相干性好，可以用在雷达上进行精确的测距B.激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉C.激光是人工制造的，不是偏振光D.激光亮度高，可在医学上作为光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜
【解析】激光方向性好，可以用在雷达上进行精确的测距，故A错误；激光相干性好，但频率不相同的两束激光不会发生干涉，故B错误；激光是人造光，也是偏振光，故C错误；激光亮度高、能量集中，可以用在医学上作为光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜，故D正确．
1 定义 衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件.用它更易观察、分析衍射现象. 2 原理 增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加.
3 透射光栅和反射光栅 在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅.如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅. 4 光通过衍射光栅形成的图样 光通过衍射光栅后形成明暗相间的衍射条纹且较亮.形成原因是光栅的每一条狭缝都能在接收屏上的对应位置产生单缝衍射图样，由于不同狭缝产生的光是相干的，必定产生干涉，形成明暗相间的条纹.所以，在接收屏上得到的光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果.
例4-7 （多选）关于衍射光栅，下列说法正确的是( )
A.衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的B.衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类C.透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝D.透射光栅中未刻痕的部分相当于透光的狭缝
【解析】对于透射光栅来说，当光照射到刻痕上时，光发生漫反射而不能透过，故选项C错误.
光栅有什么具体应用？请举例分析.
提示 复色光经光栅衍射后会彼此分开，如白光经过光栅后能被分解并形成彩色条纹.由此，光栅作为分光器件，常被用于单色仪和光谱仪中.
知识点5 光的衍射和干涉的区别与联系
例5-8 如图4-6-10所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、紫光各自通过同一个双缝干涉仪器和同一个单缝衍射仪器后形成的干涉图样和衍射图样（黑色部分表示亮条
A.图样甲为红光的干涉图样B.图样乙为紫光的干涉图样C.图样丙为红光的衍射图样D.图样丁为紫光的衍射图样
纹）.关于这4幅图样，下列说法正确的是 ( )
知识点6 自然光和偏振光的比较
例6-9 关于自然光和偏振光，下列说法正确的是( )
A.自然光能产生光的干涉现象和衍射现象，而偏振光却不能B.自然光只有透过偏振片才能获得偏振光C.自然光只能是白光，而偏振光不能是白光D.自然光和偏振光都能使感光底片感光
【解析】干涉与衍射都是波特有的现象，偏振光也是一种波，同样能产生干涉现象与衍射现象，故A错误；自然界中的折射光、反射光等均属于偏振光，故B错误；自然光可以是任意颜色的光，偏振光可以是白光，故C错误；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，故D正确.
题型1 衍射图样及衍射条件
例10 （2025·山东烟台期末）某同学为观察双缝干涉和单缝衍射实验现象，准备了玻璃片、两片刮胡刀片、蜡烛以及红、蓝两支激光笔、光屏等器材.他先用蜡烛将
思路点拨 解题关键是掌握干涉图样与衍射图样的特点，注意单缝衍射形成的条纹间距与单缝宽度、缝到光屏的距离以及光的波长有关.
分析光的衍射现象的要点1.判定衍射图样时要和干涉图样进行区分.2.对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显，对于某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显.
3.太阳光照射一块遮光板，遮光板上有一个大的三角形孔，太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑.当遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上会呈现①圆形光斑；②三角形光斑；③明暗相间的衍射条纹，则( )
A.光屏上先后呈现的图样顺序是①②③B.光屏上先后呈现的图样顺序是①③②C.由于光的直线传播产生的图样有①②D.由于光的直线传播产生的图样有②③
题型2 偏振现象的分析
4.用白炽灯作为光源做光的双缝干涉实验,如果在双缝的每个缝后面放置一个偏振片,且两个偏振片的透振方向相互垂直,则下列说法正确的是( )
A.光屏上仍有干涉条纹,但条纹的亮度减弱B.光屏上仍有干涉条纹,但条纹的亮度增强C.光屏上的干涉条纹消失,但仍有光射到光屏上D.光屏上的干涉条纹消失,且光屏上一片黑暗
【解析】由于两个偏振片的透振方向相互垂直,所以到达光屏时两列偏振光的振动方向相互垂直,不能相互叠加发生干涉,因此选项A、B错误.虽然透过两偏振片的光不能在屏上形成干涉条纹,但毕竟到达了光屏,因此选项C正确,选项D错误.
解决偏振光的应用问题的要点1.明确自然光与偏振光的区别.2.明确光的振动方向与偏振片的透振方向的关系，若它们平行，则透射光的强度最强，若它们垂直，则透射光的强度最弱.3.明确常见偏振光的几种应用，如摄影技术、汽车挡风玻璃、立体电影等.
A.该魔术说明光是横波B.该魔术对观众的观察角度有要求C.只用一片塑料偏振片也可以完成该魔术D.该魔术中对两偏振片卷起来的方式无要求
【解析】光的偏振现象说明光是横波，故A正确；任何角度的光都会发生偏振现象，偏振现象与观察角度无关，不同角度的观众看到的现象相同，故对观察角度无要求，故B错误；偏振片的特点为当偏振片透振方向与偏振光的振动方向平行时，偏振光可以全部通过偏振片，当偏振片透振方向与偏振光的振动方向垂直时，偏振光不能通过偏振片，则在中间区域放垂直偏振片和水平偏振片，将两偏振片卷起来，自然光通过两片偏振方向互相垂直的偏振片时，光强减弱，形成黑影，看起来就像一块挡板，一片偏振片无法完成该魔术，故C、D错误.
题型4 激光的特点及应用
例14 （多选）准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光，用于近视眼的治疗．关于这种治疗方式，以下说法正确的是( )
A.近视眼是物体在眼球中成像在视网膜的前面，使人不能看清物体B.激光的方向性好，可以在非常小的面积上对眼睛进行光凝手术C.激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复D.激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削
【解析】利用激光的方向性好对眼睛进行光凝手术是物理技术应用于临床医学的成果．人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体的共同作用相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体．当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人就不能看清楚物体，这就是近视眼的成因．激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的“凸透镜”的焦距适当变大，物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上.故选项A、B、D正确.
处理激光的应用问题时要明确激光的某个具体应用涉及了激光的哪些特点，对激光的性质与常见应用的对应关系要了解.
6.激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空.激光火箭利用了激光的( )
①单色性好②方向性好③高能量④相干性好
A.①②B.②③C.①③D.②④
【解析】燃烧室中的推进剂受热而急剧膨胀，形成一股高温高压的燃气流，正是利用激光的高能量的性质，同时为了准确射入燃烧室还利用了激光的方向性好的性质；激光相干性好，主要用于全息照相等，与激光火箭无关，因此②③符合题目要求，故B正确，A、C、D错误.
考向1 考查干涉和衍射图样的区别
A.甲对应单缝,乙对应双缝B.甲对应双缝,乙对应单缝C.都是单缝,甲对应的缝宽较大D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大
【解析】由题图中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射图样，乙是双缝干涉图样，选项A正确，B、C、D错误.
考向2 激光的特点及应用
例15 （江苏高考题）激光具有相干性好、方向性好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛，下面关于激光的叙述正确的是( )
A.激光是纵波B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同C.两束频率不同的激光能产生干涉现象D.利用激光方向性好的特点可以测量月球到地球的距离
本题考查激光的特点及应用，体现了对物理观念的考查.
习题课丨学业质量测评
1.（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
【解析】光的偏振现象能说明光是横波，其他现象不能说明，故C正确，A、B、D错误.
A.衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象越来越不明显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
【解析】单缝衍射实验中，狭缝宽度越小（大），衍射现象越明显（不明显），衍射条纹越宽（窄），条纹间距越大（小）.故选项A正确.
3.（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
【解析】衍射图样是复杂的光波叠加现象，双缝干涉中光通过两个狭缝时均发生衍射现象.一切波都能发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物的尺寸与波的波长相差不多或比波长小的条件.当波的波长比障碍物的尺寸小时，不发生明显的衍射，表现出波沿直线传播的特征，出现了影,影的存在与衍射现象并不矛盾.因此A、B正确，C、D错误.
4.关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是( )
A.光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理B.光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是明暗相间的C.光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象不能说明这一点D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果
【解析】光的干涉现象、衍射现象都是光波叠加的结果，两者都表明光是一种波，选项A、C错误，选项D正确.从条纹特点看，虽然在条纹宽度、间距方面，干涉条纹和衍射条纹有所区别，但单色光的干涉条纹、衍射条纹都是明暗相间的，白光的干涉条纹、衍射条纹都是彩色条纹，选项B错误.
6.为了提高汽车夜间行车安全，有人提出设想：将汽车的挡风玻璃和车灯罩做成偏振片，使司机只看到前方景物反射自己车灯的光而看不见对面车灯发出的光，从而大大降低对面的车灯造成的视线模糊.以下关于光的偏振的说法正确的是( )
A.只有振动方向和偏振片的透振方向一致的光才能顺利透过偏振片B.单色光就是偏振光C.光的偏振现象证明了光是一种机械波D.泊松亮斑属于光的偏振现象
【解析】根据光的偏振原理可知，振动方向和偏振片的透振方向一致的光，才能顺利透过偏振片，故A正确；单色光是指光的频率很窄，偏振光是指光波的振动方向单一，两者无必然联系，故B错误；光的偏振现象证明了光是一种横波，不是证明了光是机械波，故C错误；泊松亮斑是光的衍射现象，故D错误.
7.新自然现象（2025·湖北武汉模拟，多选）沙尘暴是一种恶劣的天气现象，发生沙尘暴时能见度只有十几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下( )
A.只有波长较短的一部分光才能到达地面B.只有波长较长的一部分光才能到达地面C.只有频率较大的一部分光才能到达地面D.只有频率较小的一部分光才能到达地面
8.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如图所示的四幅图样（甲、乙中黑色条纹对应亮条纹），以下说法正确的是( )
图甲 图乙 图丙 图丁
A.甲是双缝干涉图样，丁是圆盘衍射图样B.乙是单缝衍射图样，丙是圆盘衍射图样C.甲是双缝干涉图样，丁是圆孔衍射图样D.乙是双缝干涉图样，丙是圆孔衍射图样
【解析】衍射图样与干涉图样的区别：前者的中央亮条纹亮且宽，越向两侧条纹宽度越小，后者明暗条纹宽度相等.可知题图甲是双缝干涉条纹，题图乙是单缝衍射条纹.根据圆孔衍射与圆盘衍射的区别可知，圆孔衍射的图样中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，圆盘衍射的图样中间较大的区域是暗的，在暗区域中心存在一亮斑，可知题图丙是圆孔衍射图样，题图丁是圆盘衍射图样.所以只有A是正确的.
A.激光通过狭缝后在光屏上可以形成明暗相间的等距条纹B.其他实验条件不变，使用频率更大的激光，中央亮条纹宽度变大C.其他实验条件不变，对金属棒加温，中央亮条纹宽度变大D.其他实验条件不变，增大光屏到狭缝的距离，中央亮条纹宽度变小