物理 第五章 光的波动性 第3、4讲 光的衍射与偏振 激光 教科版选修34.ppt

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1、第第3讲光的衍射与偏振讲光的衍射与偏振第第4讲激光讲激光目目标标定定位位1.知知道道光光产产生生明明显显衍衍射射现现象象的的条条件件，了了解解几几种种不不同同衍衍射射现现象象的的图图样样.2.能能用用衍衍射射知知识识对对生生活活中中的的现现象象进进行行解解释释和和分分析析.3.认认识识光光的的偏偏振振现现象象，知知道道光光是是横横波波.4.知知道道偏偏振振光光和和自自然然光光的的区区别别，能能用用偏偏振振知知识识来来解解释释生生活活中中的的一一些些常常见见光光学学现现象象.5.了解激光的特性及应用了解激光的特性及应用一、光的衍射一、光的衍射1概概念念：光光通通过过很很小小的的狭狭缝缝(或或圆圆

2、孔孔)时时，明明显显地地偏偏离离了了_方方向向，在在屏屏上上散散开开到到相相当当大大的的范范围围，这这种种现现象象叫做光的衍射叫做光的衍射2衍射图像衍射图像(1)定义：衍射时产生的明暗条纹或定义：衍射时产生的明暗条纹或_直线传播直线传播 光环光环(2)特点：特点：单单色色光光：中中央央有有一一条条_的的条条纹纹，两两边边是是对对称称而而_的条纹，亮条纹的强度向两边的条纹，亮条纹的强度向两边_白白光光：中中央央是是一一条条_条条纹纹，两两边边是是很很快快减减弱弱的的_3光的衍射现象进一步证明了光具有光的衍射现象进一步证明了光具有_性性较宽较亮较宽较亮 明暗相间明暗相间 很快减弱很快减弱 白白彩色

3、条纹彩色条纹 波动波动 二、光的偏振二、光的偏振1线线偏偏振振光光：如如果果光光振振动动的的方方向向限限在在_，这这种种光光叫叫线偏振光线偏振光2自自然然光光：通通常常光光源源发发出出的的光光(包包括括太太阳阳光光)是是由由大大量量的的、_不不同同而而互互不不相相干干的的_组组成成的的，称称为为自自然光然光3光的偏振现象进一步证实光是光的偏振现象进一步证实光是_波波一个平面一个平面 振动方向振动方向 线偏振光线偏振光 横横三、激光三、激光1激激光光的的特特殊殊性性质质：_、_、单单色色性性好好、_、覆盖波段宽而且可调谐、覆盖波段宽而且可调谐2激激光光具具有有广广泛泛的的应应用用：如如激激光光_

4、、激激光光全全息息照照相相、激激光光_、激光、激光_、激光、激光_、激光照排、光盘等、激光照排、光盘等.强度大强度大 方向性好方向性好 相干性好相干性好 加工加工 检测检测 通信通信 医学医学 1光产生明显衍射的条件光产生明显衍射的条件障障碍碍物物或或小小孔孔的的尺尺寸寸可可以以跟跟光光的的波波长长相相比比，甚甚至至比比光光的的波波长小长小2衍射图样的特点衍射图样的特点(1)单单缝缝衍衍射射：单单色色光光通通过过狭狭缝缝时时，在在屏屏幕幕上上出出现现明明暗暗相相间间的的条条纹纹，中中央央为为亮亮条条纹纹中中央央条条纹纹最最宽宽最最亮亮，两两侧侧的的亮亮条条纹纹逐逐渐渐变变暗暗变变窄窄；白白光光

5、通通过过狭狭缝缝时时，在在屏屏上上出出现现彩彩色色条条纹，中央为白条纹纹，中央为白条纹一、对光的衍射的理解一、对光的衍射的理解波波长长一一定定时时，单单缝缝窄窄的的中中央央条条纹纹宽宽，各各条条纹纹间间距距大大；单单缝缝不不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大(2)圆圆孔孔衍衍射射：光光通通过过小小孔孔(孔孔很很小小)时时，在在光光屏屏上上出出现现明明暗暗相相间的圆环，如图间的圆环，如图1所示所示(3)圆板衍射圆板衍射(泊松亮斑泊松亮斑)若若在在单单色色光光(如如激激光光)传传播播途途中中放放一一个个较较小小的的圆圆形形障障碍碍物物，会会发发现现在在

6、影影的的中中心心有有一一个个亮亮斑斑，这这就就是是著著名名的的泊泊松松亮亮斑斑，衍衍射射图图样如图样如图2所示所示中中央央是是亮亮斑斑，圆圆板板阴阴影影的的边边缘缘是是模模糊糊的的，在在阴阴影影外外还还有有不不等等间距的明暗相间的圆环间距的明暗相间的圆环【例例1】(多多选选)在在单单缝缝衍衍射射实实验验中中，下下列列说说法法正正确确的的是是()A将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄将入射光由黄光换成绿光，衍射条纹间距变窄B使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D增大单缝到屏的距离，衍射条

7、纹间距变宽增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽解解析析当当单单缝缝宽宽度度一一定定时时，波波长长越越长长，衍衍射射现现象象越越明明显显，即即光光偏偏离离直直线线传传播播的的路路径径越越远远，条条纹纹间间距距也也越越大大，A、C正正确确；当当光光的的波波长长一一定定时时，单单缝缝宽宽度度越越小小，衍衍射射现现象象越越明明显显，条条纹纹间间距距越越大大，B错错误误；光光的的波波长长一一定定、单单缝缝宽宽度度也也一一定定时时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距也会变宽，D正确正确答案答案ACD1不同点不同点二、单缝衍射与双缝干涉的比较二、单缝衍射与双缝干涉的比

8、较2相同点相同点(1)都都有有明明暗暗相相间间的的条条纹纹，条条纹纹都都是是光光波波叠叠加加时时加加强强或或削削弱弱的结果的结果(2)都是波特有的现象，表明光是一种波都是波特有的现象，表明光是一种波【例例2】如如图图所所示示的的4种种明明暗暗相相间间的的条条纹纹，是是红红光光、蓝蓝光光各各自自通通过过同同一一个个双双缝缝干干涉涉仪仪器器形形成成的的干干涉涉图图样样以以及及黄黄光光、紫紫光光各各自自通通过过同同一一个个单单缝缝形形成成的的衍衍射射图图样样(黑黑色色部部分分表表示示亮亮纹纹)则则在在下下面面的的四四个个图图中中，哪哪个个图图是是蓝蓝光光形形成成的的干干涉涉图图样样()解解析析双双缝

9、缝干干涉涉的的图图样样是是明明暗暗相相间间的的干干涉涉条条纹纹，所所有有条条纹纹宽宽度度相相同同且且等等间间距距；波波长长越越短短，条条纹纹间间距距越越小小，故故A是是蓝蓝光光的的干干涉涉图图样样，C是是红红光光的的干干涉涉图图样样；单单缝缝衍衍射射条条纹纹是是中中间间亮亮且且宽宽，越越向向两两侧侧宽宽度度越越小小越越暗暗；波波长长越越长长，中中央央亮亮条条纹纹越越宽宽，故故B、D是是衍衍射射图图样样；因因紫紫光光比比黄黄光光波波长长短短，所所以以B是是紫紫光光的的衍衍射射图图样样，D是黄光的衍射图样选项是黄光的衍射图样选项A正确正确答案答案A1偏偏振振片片上上的的“狭狭缝缝”表表示示透透振振

10、方方向向，而而不不是是刻刻上上的的真真实实狭狭缝缝2只只要要光光的的振振动动方方向向不不与与透透振振方方向向垂垂直直，都都可可以以不不同同程程度度地地通通过过偏偏振振片片，不不过过强强度度要要比比振振动动方方向向与与透透振振方方向向平平行行的的光光弱一些弱一些三、对光的偏振的理解三、对光的偏振的理解3自然光和偏振光自然光和偏振光自然光自然光偏振光偏振光光的来光的来源源直接从光源发出的光直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光自然光通过起偏器后的光光的振光的振动方向动方向在垂直于光的传播方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向有方向，且沿各个方向振动的

11、光强度都相同振动的光强度都相同在垂直于光的传播方向的在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特平面内，光振动沿某一特定方向定方向(与起偏器透振方与起偏器透振方向一致向一致)举例举例太阳、电灯、蜡烛火焰太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光等直接发出的光自然光在介质表面反射和自然光在介质表面反射和折射形成的光折射形成的光4.偏振现象的应用举例偏振现象的应用举例(1)在在摄摄影影中中的的应应用用：在在镜镜头头前前安安装装一一片片偏偏振振滤滤光光片片，可可以以阻挡反射光进入镜头阻挡反射光进入镜头(2)电电子子表表的的液液晶晶显显示示屏屏：在在两两块块透透振振方方向向垂垂直直的的偏偏振振片片当当中插进一

12、个液晶盒，可以控制光线显示数字中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字(3)夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理(4)立体电影也利用了光的偏振原理立体电影也利用了光的偏振原理【例例3】如如图图3所所示示，白白炽炽灯灯的的右右侧侧依依次次平平行行放放置置偏偏振振片片P和和Q，A点点位位于于P、Q之之间间，B点点位位于于Q右右侧侧旋旋转转偏偏振振片片P，A、B两点光的强度变化情况是两点光的强度变化情况是()AA、B均不变均不变BA、B均有变化均有变化CA不变，不变，B有变化有变化DA有变化，有变化，B不变不变解解析析白白炽炽灯灯光光包包含含各各

13、方方向向的的光光，且且各各个个方方向向的的光光强强度度相相等等，所所以以旋旋转转偏偏振振片片P时时各各方方向向透透射射光光强强度度相相同同，故故A点点光光的的强强度度不不变变；白白炽炽灯灯光光经经偏偏振振片片P后后为为偏偏振振光光，当当P旋旋转转时时，透透过过Q的的光的强度发生变化，因此光的强度发生变化，因此B点的光强有变化，选项点的光强有变化，选项C正确正确答案答案C1激光加工、激光医学激光加工、激光医学(强度大、能量高度集中强度大、能量高度集中)2激激光光雷雷达达测测距距、测测速速、光光盘盘(方方向向性性好好，结结合合多多普普勒勒效效应应)3激光全息照相、激光检测激光全息照相、激光检测(相

14、干性好相干性好)4激光通信激光通信(覆盖波段宽而且可调谐覆盖波段宽而且可调谐)四、激光的应用四、激光的应用【例例4】(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A激光可用于测距激光可用于测距B激光能量十分集中，只可用于加工金属材料激光能量十分集中，只可用于加工金属材料C外科研制的外科研制的“激光刀激光刀”可以有效地减少细菌的感染可以有效地减少细菌的感染D激光可用于全息照相，有独特的特点激光可用于全息照相，有独特的特点解解析析激激光光平平行行度度好好，即即使使在在传传播播了了很很远远的的距距离离之之后后，它它仍仍保保持持一一定定的的强强度度，此此特特点点可可用用于于激激光光测测距距，选选项项A正正确确；激激光光的的亮亮度度高高，能能量量十十分分集集中中，可可用用于于金金属属加加工工、激激光光医医疗疗、激激光光美美容容、激激光光武武器器等等，选选项项B错错误误；激激光光具具有有很很高高的的相相干干性性，可可用用于于全全息息照照相相，由由于于它它记记录录了了光光的的相相位位信信息息，所所以以看看起起来来跟跟真真的的一一样样，立立体体感感较较强强，选选项项D正正确确；由由于于激激光光亮亮度度高高、能能量量大大，在切割皮肤的同时，也能杀灭细菌，所以选项在切割皮肤的同时，也能杀灭细菌，所以选项C正确正确答案答案ACD