光的衍射与偏振.pptx
产生明显衍射现象的条件是产生明显衍射现象的条件是：障碍物或缝、孔的尺寸比波长障碍物或缝、孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多小或者跟波长相差不多问题问题1.1.什么是波的衍射现象？什么是波的衍射现象？第1页/共37页激激光光束束调节狭调节狭缝宽窄缝宽窄狭缝狭缝像像屏屏 取一个不透光的屏，取一个不透光的屏，在它的中间装上一个在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，宽度可以调节的狭缝，在缝后适当距离处放在缝后适当距离处放一个像屏，用平行的一个像屏，用平行的单色光照射。单色光照射。调节狭缝的宽窄，如果能在光屏上观察到比狭缝的宽度宽得多的亮区，就证明了光的衍射现象存在。第2页/共37页 单色光的衍射图样单色光的衍射图样:1.两边是两边是对称的明暗相间条纹对称的明暗相间条纹。2.中间中间亮纹最宽最亮亮纹最宽最亮。3.亮条纹亮条纹强度和宽度向两边逐渐减小。强度和宽度向两边逐渐减小。1.单缝单缝衍射衍射第3页/共37页衍射图样第4页/共37页 白光单缝衍射条纹：白光单缝衍射条纹：中间是中间是白色的条纹，两边是减弱很快白色的条纹，两边是减弱很快的彩色条纹。的彩色条纹。第5页/共37页观察下列衍射图样，分析衍射规律：观察下列衍射图样，分析衍射规律：不同色光的单缝衍射不同色光的单缝衍射不同缝宽的单缝衍射不同缝宽的单缝衍射 1 1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大 2 2、单单缝缝不不变变时时，波波长长越越长长的的中中央央亮亮纹纹越越宽宽，条条纹纹间间隔隔越越大大 3 3、白白炽炽灯灯的的单单缝缝衍衍射射条条纹纹：中中央央为为白白色色亮亮纹纹，两两侧侧为为彩彩色条纹色条纹第6页/共37页2.圆孔衍射圆孔衍射光通过圆孔(小到一定程度)在屏上会出现：中间较亮，周围明暗相间的圆环，且亮度小。这些圆环达到的范围远远超过根据光的直线传播所应照明的面积。第7页/共37页3.泊松亮斑泊松亮斑光照到不透明的小圆板上，在屏上圆板的阴影中心，有一个亮斑，这个亮斑取名叫泊松亮斑 不不只只是是狭狭缝缝和和圆圆孔孔，各各种种不不同同形形状状的的物物体体都都能能使使光光发发生生衍衍射射，以以至至使使影影的的轮轮廓廓模模糊糊不不清清，其其原原因因是是光光通通过过物物体体的的边边缘缘而而发发生生衍衍射射的的结结果果历历史史上上曾曾有有一一个个著著名名的的衍衍射射图图样样泊松亮斑泊松亮斑第8页/共37页 在障碍物的尺寸比光的波长小或跟光的波长相差不多的时候出现明显的衍射现象。二二.光发生明显衍射的条件光发生明显衍射的条件第9页/共37页衍射现象第10页/共37页1.双缝干涉图样特点双缝干涉图样特点：2.单缝衍射图象特点单缝衍射图象特点：三三.光的干涉和光的衍射的比较光的干涉和光的衍射的比较3.3.双缝干涉和单缝衍射双缝干涉和单缝衍射都是光波叠加的都是光波叠加的结果结果,只是干涉条纹是只是干涉条纹是有限的几束光有限的几束光的叠加的叠加,而衍射而衍射条纹可认为是条纹可认为是极多且复杂的相干光极多且复杂的相干光的叠加。的叠加。明暗相间、中间较宽较亮，两明暗相间、中间较宽较亮，两边对称亮度和宽度逐渐减弱边对称亮度和宽度逐渐减弱明暗相间、等间距等亮度明暗相间、等间距等亮度红光第11页/共37页小结小结:光光的的衍衍射射单缝衍射单缝衍射圆孔衍射圆孔衍射泊松亮斑泊松亮斑明显衍射条件明显衍射条件第12页/共37页例例1、在双缝干涉实验中，以白光为光源，、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹在屏幕上观察到了彩色干涉条纹.若在双缝若在双缝中的一缝前放一红色滤光片中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光只能透过绿光)，这时，这时 ()A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在色的干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮上仍有光亮D.屏上无任何光亮屏上无任何光亮C第13页/共37页2对于衍射现象的分析正确的是A光的衍射是光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象B光的衍射完全否定了光的直线传播的结论 C光的衍射为光的波动说提供了有力的证据D光的衍射条纹图样是光波相叠加的结果 A C D第14页/共37页3.一个不透光的薄板上有两条平行的窄缝，有一频率单一的红光通过两窄缝在与薄板平行的屏上呈现明暗相间的间隔均匀的红色条纹，若将其中一窄缝挡住让另一缝通过红光，则在屏上可观察到（）A明暗与原来相同，间隔均匀的红色条纹B明暗与原来不相同，间隔不均匀的红色条纹C一条红色的条纹D既无条纹，也不是一片红光，而是光源的像B第15页/共37页4单色光照射单缝衍射时A狭缝越窄衍射现象越明显 B狭缝越宽衍射现象越明显 C照射的光的波长越长衍射现象越明显 D照射的光的频率越高衍射现象越明显 A C第16页/共37页5用黄色光照射不透明的圆板时在圆板的背影中恰能观察到黄色光斑，若分别用红色光,绿色光和紫色光照射圆板一定能观察到光斑的是：A红色光B绿色光C紫色光D三种色光都能A第17页/共37页1 1、光的干涉现象和衍射现象说、光的干涉现象和衍射现象说明了什么问题？明了什么问题？光具有波动性光具有波动性2 2、光是横波还是纵波，怎样证、光是横波还是纵波，怎样证明？明？第18页/共37页实验：取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波.现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧（图甲）如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播（图乙）第19页/共37页如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧（如下图）第20页/共37页第21页/共37页当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变 当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零.所以，光是一种横波所以，光是一种横波 第22页/共37页产生上述现象的原因1 1、太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同这种光叫做自然光 .在在垂直传播方向的平面内垂直传播方向的平面内:各个方向各个方向的光振动全有的光振动全有各个振动各个振动方向的强度相等方向的强度相等乱是各个振动是各个振动的的无规混杂无规混杂第23页/共37页2 2、自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过也就是说，通过第一个偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动这种光叫做偏振光 横波只沿着某一个特定的方向振动，称为波的偏振只有横波才有偏振现象一、光的偏振第24页/共37页3、通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称为检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大第25页/共37页4、如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零 所以，光是一种横波所以，光是一种横波 第26页/共37页光波是横波，光波是横波，E、H、v三者都是垂直的。三者都是垂直的。在光波里，可引起人的视觉的只有 E 矢量（光矢量）。光矢量振动面v0HE光是横波的另一种理解：光是横波的另一种理解：第27页/共37页光源直接发光-自然光通常看到的绝大多数光-偏振光1)一般入射角的情况一般入射角的情况反射光反射光 折射光都是折射光都是部分部分偏振光偏振光 布儒斯特定律布儒斯特定律:2)反射光线与折射光线垂直反射光线与折射光线垂直 两光偏振状态两光偏振状态:反射光反射光-完全偏振光完全偏振光折射光折射光-部分偏振光部分偏振光第28页/共37页照相时，有关偏振的应用照相时，有关偏振的应用立体电影与光的偏振立体电影与光的偏振汽车驾驶员，有关偏振的应用汽车驾驶员，有关偏振的应用日常生活中应用偏振光的实例：日常生活中应用偏振光的实例：液晶显示二、偏振光的应用第29页/共37页照相机镜头前装一片偏振滤光片可减弱反射光，照相机镜头前装一片偏振滤光片可减弱反射光，使相片更清晰使相片更清晰 例如拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，例如拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不清楚如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片清楚如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把这些的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把这些反射光滤掉，而摄得清晰的照片；此外，还有立体电反射光滤掉，而摄得清晰的照片；此外，还有立体电影、消除车灯眩光等等影、消除车灯眩光等等 第30页/共37页汽车车灯汽车车灯 汽汽车车夜夜间间在在公公路路上上行行驶驶与与对对面面的的车车辆辆相相遇遇时时，为为了了避避免免双双方方车车灯灯的的眩眩目目，司司机机都都关关闭闭大大灯灯，只只开开小小灯灯，放放慢慢车车速速，以以免免发发生生车车祸祸。如如驾驾驶驶室室的的前前窗窗玻玻璃璃和和车车灯灯的的玻玻璃璃罩罩都都装装有有偏偏振振片片，而而且且规规定定它它们们的的偏偏振振化化方方向向都都沿沿同同一一方方向向并并与与水水平平面面成成45度度角角，那那么么，司司机机从从前前窗窗只只能能看看到到自自已已的的车车灯灯发发出出的的光光，而而看看不不到到对对面面车车灯灯的的光光，这这样样，汽汽车车在在夜夜间间行行驶驶时时，即即不不要要熄熄灯灯，也也不要减速，可以保证安全行车。不要减速，可以保证安全行车。另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。第31页/共37页观看立体电影: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。第32页/共37页偏光镜头偏光镜头 立体电影立体电影第33页/共37页液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片。偏振现象的应用：液晶显示第34页/共37页偏振现象的应用：液晶显示如果有光线进入,通过第一个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振方向.由于光线沿着分子排列的方向传播，光线最终将从另一端射出如果两玻璃板之间加上电压，分子排列方向将与电场方向平行，光线由于不能扭转将不会通过第二个极板第35页/共37页例两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过如果将其中的一片旋转180度，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象（）A、透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零B、透过偏振片的光强光增强，然后减少到非零的最小值C、透过偏振片的光强在整个过程中都增强D、透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强第36页/共37页谢谢大家观赏！第37页/共37页
