2018-2019版高中物理 第4章 光的波动性 4.3 光的衍射 4.4 光的偏振与立体电影学案 沪科版选修3-4.doc

4.3光的衍射4.4光的偏振与立体电影学习目标1.认识光的衍射现象，知道产生明显衍射现象的条件及衍射条纹的特点.2.了解衍射光栅及它产生衍射时的图样特点.3.认识光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别，了解偏振现象在生产与生活中的一些应用，如立体电影、液晶显示屏等1光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时，绕过障碍物偏离直线传播的现象2产生衍射现象的原因：单缝衍射是来自单缝的光波波阵面上无穷多个子波的相干叠加从本质上讲，干涉和衍射并没有区别，但一般来说，人们常把几个分立光束的相干叠加叫做干涉；而把波阵面无穷多个子波的相干叠加叫做衍射3衍射光栅(1)光栅：许多等宽的狭缝等距离地排列的光学元件(2)光栅衍射的图样：是许多平行的明暗相间的条纹，减小缝间距离，则条纹间距增大；增多缝数，明暗条纹变得更为清晰4自然光和偏振光自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏器透振方向一致)5立体电影的原理人们观察物体时，产生立体感的主要原因是两眼的视差在拍摄立体电影时，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在放映时，两个放映机每个镜头上各放一个偏振片，如图1所示，两个偏振片的透振方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏振片的透振方向与左面放映机上的偏振方向相同，右眼偏振片的透振方向与右面放映机上的偏振方向相同，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感的影像了图16液晶显示屏应用了光的偏振现象，它的分辨率高，寿命长，功耗低，没有X射线和电磁辐射一、光的衍射导学探究1将双缝干涉仪上的双缝撤去，留下单缝，我们用测微目镜观察屏上的图样时，仍能看到明暗相间的条纹，这种条纹与双缝干涉图样相同吗？它有什么明显特点？答案不相同，它明显的特点是中央亮条纹最宽最亮，两侧条纹对称且逐渐变窄变暗2根据单缝由宽变窄的规律更换单缝屏，我们会观察到屏上的条纹有什么变化？答案单缝越窄，得到的条纹宽度、条纹间距都越大知识深化1产生明显衍射现象的条件在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还要小的时候，就会出现明显的衍射现象2三种衍射现象(1)单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹(2)圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时在屏幕上会出现明暗相间的圆环(3)泊松亮斑：圆形障碍物的衍射现象各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清若在单色光传播路径中，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3光的衍射现象和光的直线传播的关系光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比障碍物或小孔小得多时，光可以看成沿直线传播；当小孔或障碍物尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，衍射现象就十分明显延伸思考衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗？答案衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大，随着缝、孔的减小，衍射条纹的宽度增大，但条纹亮度减弱例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缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线D入射光的波长越短，衍射现象越明显答案B解析单缝宽度越小，衍射条纹的亮度越小，选项A错；入射光的波长越长，单缝宽度越小，衍射现象越明显，选项B对，D错；缝的宽度d越小，光没有沿直线传播，而是绕过了缝的边缘，传播到相当宽的地方，C错二、单缝衍射与双缝干涉的比较导学探究单缝衍射和双缝干涉得到的都是明暗相间的条纹，如何区别它们？答案它们的主要区别是：单缝衍射的条纹宽度不等，中央最宽，条纹间距不等；双缝干涉的条纹宽度相等，条纹间距相等知识深化单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小，任何光都能发生频率相同的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中央条纹最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点成因都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果条纹的变化缝越窄，条纹宽度、条纹间距越大；波长越长，条纹宽度、条纹间距越大意义都是波特有的现象，表明光是一种波例2如图2所示的4幅明暗相间的条纹，分别是红光、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)则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是()图2A红黄蓝紫B红紫蓝黄C蓝紫红黄D蓝黄红紫答案B解析双缝干涉条纹平行等距，且波长越大，条纹间距越大，而红光波长大于蓝光波长，故第一幅图为红光，第三幅图为蓝光；又由于黄光波长比紫光波长大，故第四幅图为黄光的衍射图样，第二幅为紫光的衍射图样三、光的偏振导学探究取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，软绳上形成一列横波，质点在竖直平面内沿着上下方向振动如果手持绳的一端左右抖动，会在绳上形成另一列横波，质点在水平平面内沿着左右方向振动现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板，分别将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置，观察发生的现象(如图3甲、乙所示)如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，观察发生的现象(如图丙所示)图3这两种现象说明什么？答案当机械波是横波时，若质点的振动方向与狭缝平行时，则机械波能透过狭缝传播，反之则不能透过狭缝传播对纵波而言，不管什么情况，纵波总能透过狭缝传播知识深化1横波、纵波的判定方法(1)直接看质点的振动方向与波传播方向的关系若相互垂直，为横波；若在同一直线上，为纵波，这种方法适用于看得见质点振动方向的机械波(2)看波能否通过两个相互垂直且共线的“狭缝”，能通过两个“狭缝”的为纵波，不能通过的为横波2感知光的偏振现象通过偏振片P的偏振光在通过偏振片Q时，如果两个偏振片的透振方向平行，则通过P的偏振光的振动方向跟偏振片Q的透振方向一致，透射光的强度最强如果两个偏振片的透振方向垂直，则通过P的偏振光的振动方向跟偏振片Q的透振方向垂直，偏振光不能通过Q，透射光的强度为零如图4所示图43光的偏振现象表明，光是一种横波例3(多选)鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度，这一角度称为“旋光度”，的值只与糖溶液的浓度有关，将的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了如图5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()图5A到达O处的光的强度会明显减弱B到达O处的光的强度不会明显减弱C将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片B转过的角度等于D将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片A转过的角度等于答案ACD解析自然光通过偏振片后得到振动方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度，到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；若将A或B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于，故C、D都正确针对训练(多选)如图6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，则下列说法中正确的是()图6A此时A、B的透振方向平行B只有将B绕OO轴顺时针旋转90，屏上透射光的强度才会最弱，几乎为零C不论将A或B绕OO轴旋转90，屏上透射光的强度最弱，几乎为零D将A沿顺时针旋转180，屏上透射光的强度最弱，几乎为零答案AC解析当A、B两偏振片的透振方向平行时，光屏上的光强度最大；当二者透振方向垂直时，光屏上的光强度最小，几乎为零，由此可知A、C选项正确1光的衍射2光的偏振与立体电影1(多选)在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中，下列说法正确的是()A缝越窄，衍射现象越明显B缝越宽，衍射现象越明显C入射光的波长越长，衍射现象越明显D入射光的频率越高，衍射现象越明显答案AC2(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是()A红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹B白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹C光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射D光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射答案AC解析单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，是衍射现象光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象3夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车的司机照射得睁不开眼睛，影响行车安全若将汽车前灯玻璃和汽车前窗玻璃都改用偏振玻璃，使双方司机都看不见对方眩目的灯光，但能看清自己车灯发出的光所照亮的物体所有的汽车前窗玻璃、前灯玻璃的透振方向应该是()A前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向是水平的B前窗玻璃的透振方向是竖直的，前灯玻璃的透振方向是竖直的C前窗玻璃的透振方向是斜向右上45，前灯玻璃的透振方向是斜向左上45D前窗玻璃的透振方向和前灯玻璃的透振方向都是斜向右上45答案D解析玻璃的透振方向是允许光通过的偏振方向，要能看清自己车的车灯发出的光所照亮的物体，即车灯玻璃的透射光经对面物体反射后能透过自己车的车窗玻璃，则同一车前窗玻璃和前灯玻璃的透振方向必须相同，故A、C错误；若使对面车的车灯发出的光不透过自己车的车窗，则自己车的车窗玻璃的透振方向和对面车的车灯玻璃的透振方向必须垂直，B项中对面车车灯玻璃的透振方向和自己车车窗玻璃的透振方向相同，而D项符合垂直的条件4(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下()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只有频率较高的一部分光才能到达地面D只有频率较低的一部分光才能到达地面答案BD解析根据光发生明显衍射现象的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光能到达地面，据知，到达地面的光是频率较低的一部分光，故选项B、D正确一、选择题1对光的衍射现象的定性分析，不正确的是()A光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物偏离直线传播的现象B衍射条纹图样是光波相互叠加的结果C光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据D光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论答案D解析根据光的衍射现象的定义可知选项A正确；衍射图中有亮、暗条纹，这是不同处通过的光叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，选项B正确；因为衍射也是波特有的现象，所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项C正确；当障碍物较大时，光的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的，选项D错误2(多选)在单缝衍射实验中，下列说法正确的是()A其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄B其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽答案ACD解析当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越大，黄光波长大于绿光波长，所以A、C正确；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹间距也会变宽，B错误；当光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，D正确3一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹，现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到()A与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗些B与原来不同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹变宽些C只有一条与缝宽对应的亮条纹D无条纹，只存在一片红光答案B4在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图1的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()图1Aa、cBb、cCa、dDb、d答案D解析单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样5点光源照在一个剃须刀片上，在屏上形成了它的影子，其边缘较为模糊，原因是()A光的反射B光强太小C光的干涉D光的衍射答案D6光的偏振现象说明了()A光是一种横波B光是一种纵波C光是一种电磁波D光波的波长很短答案A7(多选)除了从太阳、电灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时()A反射光和折射光都是偏振光B只有反射光是偏振光C反射光中振动方向垂直于纸面的光较强D反射光中振动方向在纸面内的光较强答案AC8(多选)如图2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()图2A图中a光为偏振光B图中b光为偏振光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处将看到光亮答案BD解析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，故A错；它通过偏振片A后，即变为偏振光，故B对；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，故C错；以SP为轴将B转过90后，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故D对9(多选)下面关于光的偏振现象的应用正确的是()A自然光通过起偏器后成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向B立体电影利用了光的偏振现象C茶色眼镜利用了光的偏振现象D拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响答案ABD10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，衍射条纹是黑白相间的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答案D11在杨氏双缝干涉实验装置的双缝后面各放置一个偏振片，若两个偏振片的透振方向相互垂直，则()A光屏上仍有干涉条纹、但亮条纹的亮度减小B光屏上仍有干涉条纹、但亮条纹的亮度增大C干涉条纹消失，光屏上一片黑暗D干涉条纹消失，但仍有光照射到光屏上答案D解析双缝后分别放置偏振片后，由于两个偏振片的透振方向相互垂直，不能出现干涉条纹，但仍有光照射到光屏上二、非选择题12让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，试分析在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)答案见解析解析当三角形孔较大时，屏上出现一个三角形光斑，如图甲所示，随着三角形缓慢地收缩，光斑逐渐变小；当三角形孔小到一定程度时，屏上会出现倒立的烛焰，如图乙所示；继续使三角形孔缓慢收缩，可以观察到小孔衍射图样；当孔闭合时，屏上就会一片黑暗