高中物理 5.2光的衍射、偏振、激光课件 教科版选修3-4.ppt

光的衍射 产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多 回顾 水波的衍射 一 光的衍射1 光的衍射 光离开直线路径绕过障碍物 到达阴影里的现象叫做光的衍射现象 2 明显衍射的条件障碍物或狭缝的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多 3 物理意义 光的衍射现象证明光是一种波 激光束 二 单缝衍射 1 单缝衍射条纹特征A 中央亮纹宽而亮 B 两侧条纹亮纹较窄 较暗 且有对称性 狭缝宽度可调 光屏 3 干涉条纹与衍射条纹的区别 干涉 等间距明暗相间条纹 衍射 中央亮纹较宽 两边是对称明暗相间的条纹 条纹宽度不等 间距不等 屏上出现光斑 但边缘有些模糊 三 圆孔衍射 光的衍射 光沿直线传播 1 孔较大时 屏上出现光源倒立的像 小孔成像 三 圆孔衍射 2 孔减小时 光沿直线传播 屏上出现衍射图样 光的衍射 三 圆孔衍射 3 孔较小时 泊松亮斑光照到不透明的小圆板上 形成明暗相间的间距不等的同心圆环 在屏上圆板的阴影中心 有一个亮斑 这个亮斑叫 泊松亮斑 五 衍射光栅单缝衍射的条纹比较宽 而且距离中央条纹较远处的条纹亮度也很低 不能达到实用要求 实验表明 增加狭缝的个数 衍射条纹的宽度将变窄 亮度将增加 衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离的排列起来形成的光学仪器 可分为透射光栅和反射光栅 光栅衍射 单缝衍射 知识回顾 1 在前面的学习中 我们知道光能发生干涉和衍射现象 这说明光是什么 光是一种波2 波按振动方向与传播方向之间的关系可以分为哪几种 波分为横波和纵波思考 光波 电磁波 是横波 还是纵波呢 一 横波与纵波的区别 横波的偏振现象 实验1 横波 质点振动方向与波的传播方向垂直 当狭缝方向与横波振动方向相同时 横波可以通过狭缝 当狭缝方向与横波振动方向垂直时 横波不能通过狭缝 横波的偏振现象 实验2 将绳换成细软的弹簧 前后推动弹簧形成纵波 发现 无论狭缝怎样放置 弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播 原因 纵波振动方向与波的传播方向在同一直线 纵波没有偏振现象 二 光的偏振 实验1 让太阳光或灯光通过偏振片P 现象 旋转偏振片P 屏上的亮度不变 没有出现偏振现象 自然光 普通光源发出的光 各个振动是杂乱无章的 我们把它叫自然光 由光源直接发出的光 特点 包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光 且各振动方向的光强相等 实验2 让光源的光通过用两片偏振片 起振器 检偏器 现象 光通过第一片偏振片后再转动第二片偏振片 光的强弱会发生变化 结论 光也会发生偏振 说明光是横波 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零 三 偏振光的产生1 光通过偏振片后成为偏振光 完全偏振 2 除了光源直接发出的光 我们看到的反射光 折射光 都是不同程度的偏振光 部分偏振 布儒斯特角 3 如果反射光垂直折射光 反射光是完全偏振光 折射光是部分偏振光 此时的入射角叫布儒斯特角 1 光的偏振现象有很多应用 如在拍摄日落时水面下的景物 池中的游鱼 玻璃橱窗里的陈列物的照片时 由于水面或玻璃表面的反射光的干扰 常使景像不清楚 如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片 让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直 就可以减弱反射光而使景像清晰 偏振现象的应用 B 用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃门内的人物清晰可见 A 玻璃门表面的反光很强 橱窗设计 应用 2 偏振光照明灯 汽车夜行照明 把偏振片安装在驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩上 而且规定它们的透振方向都沿同一方向与水平面成45 角 这样 司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光 而看不到对面车灯的光 当汽车在夜间行驶时 可避免对面车灯造成的视觉眩晕 保证行车安全 3 观看立体电影在拍摄立体电影时 用两个摄影机 两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛 它们同时分别拍下同一物体的两个画像 放映时把两个画像同时映在银幕上 如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面 就可以使观众得到立体感 为此 在放映时 两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片 两个偏振片的偏振化方向相互垂直 观众戴上用偏振片做成的眼镜 左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同 右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同 这样 银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察 在人的脑海中就形成立体化的影像了 激光发射器 三 激光 科学家在实验室激发出的一种自然界没有的光有其特殊的性质 1 强度大2 方向性好3 单色性好4 相干性好 5 覆盖波段宽而且可调谐 二 激光的应用 1 利用单色性 相干性 拍频技术 可精密测定各种移动 转动和震动速度 激光地震仪 精密导航 光纤通信 全息照片 工业探伤 激光全息摄影等 2 利用平行度好 亮度高 测距 激光雷达 读取vcd机 CD唱机 和计算机的光盘 切割金属 打孔 医学上切除肿瘤等 3 利用亮度高 军事上的激光炮弹 医疗上的激光手术等 课前自主学案 一 激光的特点及其应用1 特点 1 相干性 只有 相同 恒定 方向一致的光才是相干光 激光是一种人工产生的相干光 具有高度的相干性 2 平行度好 在传播很远的距离后仍保持一定的强度 可以会聚到很小的一点 3 高亮度 它可以在 和 内聚集大到难以想象的能量 频率 相位差 偏振 很小空间 很短时间 2 应用激光的应用 应用它的 激光能像无线电波那样进行调制 用来传递信息 应用 精密测距 计算机中的光储存技术 应用 工业上的切割和焊接 医学上的切割和 焊接 相干性 平行度好 高亮度 二 全息照相1 原理 将一束激光通过分光镜分成两束 一束光直接照射到感光底片上 称为 另一部分通过拍射物反射后再到达底片 称为 物光和参考光在底片相遇时会发生干涉 形成复杂的 底片上某点的明暗程度反映了两束光叠加后到达这点时光波的强弱 也就是说记录了物光的全部信息和两束光的干涉条纹 2 观察全息照片时要用 照射照片 从另一侧面观察 参考光 物光 干涉条纹 激光 核心要点突破 一 激光具有的特点1 相干性好 所谓相干性好 是指容易产生干涉现象 普通光源发出的光 即使是所谓的单色光 频率是不一样的 而激光器发出的激光的频率几乎是单一的 并且满足其他的相干条件 所以 现在我们做双缝干涉实验时 无需在双缝前放一个单缝 而是用激光直接照射双缝 就能得到既明亮又清晰的干涉条纹 利用相干光易于调制的特点 传输信息 所能传递的信息密度极高 一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视 全国人民同时通话还用不完它的通讯容量 而光纤通信就必须借助激光技术才能发展 2 平行度非常好 与普通光相比 传播相同距离的激光束的扩散程度小 光线仍能保持很大的强度 保持它的高能量 利用这一点可以精确测距 现在利用激光测量地月距离精确度已达到1m 3 亮度非常高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 如果把强大的激光束会聚起来 可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温 不能直接照射眼睛 否则会伤害眼睛 4 单色性很好 激光的频率范围极窄 颜色几乎是完全一致的 参考光 反射光 物光 物 同一激光束被分成两束 参考光直接照到底片上 物光也到达底片 参考光和物光在底片上各处相遇时将发生干涉 底片上记录两束光叠加后明暗相间的干涉图像 全息照相拍摄原理 用激光照射全息照片 在照片的另一侧可观看原物体的立体的像 全息照片的观看