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2017沪科版高中物理选修(3-4)4.2-4.3《光的衍射 光的偏振与立体电影》

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2017沪科版高中物理选修(3-4)4.2-4.3光的衍射光的偏振与立体电影
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第第4 4章章 光的波动性光的波动性 4 4 2 4 3 2 4 3 光的衍射 光的偏振光的衍射 光的偏振 与立体电影与立体电影 1 认识认识 光的衍射现现象 知道产产生明显显衍射现现象的条件及 衍射条纹纹的特点 2 了解衍射光栅栅及它产产生衍射时时的图样图样 特点 3 认识认识 光的偏振现现象 知道光是横波 4 知道偏振光和自然光的区别别 了解偏振现现象在生产产与 生活中的一些应应用 如立体电电影 液晶显显示屏等 学习目标定位 知识储备区 知识链接 1 绕过绕过 障碍物继续传继续传 播 比波长长小 跟波长长相差不多 2 垂直 知识储备区 3 绕过绕过 4 波阵阵面 干涉 衍射 5 1 狭缝缝 2 明暗相间间 增大 更为为清晰 6 直接从光源 所有 相同 某一特定 7 垂直 相同 相同 立体感 8 偏振 高 低 X 新知呈现 学习探究区 一 光的衍射 二 单缝衍射与双缝干涉的比较 三 光的偏振 一 光的衍射 问题设计 1 将双缝缝干涉仪仪上的双缝缝撤去 留下单缝单缝 我们们用测测 微目镜观镜观 察屏上的图样时图样时 仍能看到明暗相间间的条纹纹 这这种条纹纹与双缝缝干涉图图像相同吗吗 它有什么明显显特 点 答案 不相同 它明显显的特点是中央亮条纹纹最宽宽最亮 两侧侧条纹对纹对 称且逐渐变渐变 窄变变暗 2 根据单缝单缝 由宽变宽变 窄的规规律更换单缝换单缝 屏 我们们会观观察 到屏上的条纹纹有什么变变化 答案 单缝单缝 越窄 得到的条纹宽纹宽 度 条纹间纹间 距都越大 要点提炼 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长 甚至比光 的波长长 的时时候 就会出现现明显显的衍射现现象 2 三种衍射现象 1 单缝单缝 衍射 单单色光通过过狭缝时缝时 在屏幕上出现现 相 间间的条纹纹 中央为为 条纹纹 中央条纹纹最宽宽最亮 其余条 纹变纹变 窄变变暗 白光通过过狭缝时缝时 在屏上出现现 条纹纹 中央为为 条纹纹 相比 还还要小 明暗 亮 彩色 白 2 圆圆孔衍射 光通过过小孔 孔很小 时时在屏幕上会出 现现 相间间的圆环圆环 3 泊松亮斑 圆圆形障碍物的衍射现现象 各种不同形状的障碍物都能使光发发生衍射 使影的轮轮 廓模糊不清 若在单单色光传传播路径中 放一个较较小的 圆圆形障碍物 会发现发现 在阴影中心有一个 这这就是 著名的泊松亮斑 明暗 亮斑 3 光的衍射现象和光的直线传播的关系 光的直线传线传 播只是一个近似的规规律 当光的波长长比 或 小的多时时 光可以看成沿直线传线传 播 当小孔或障碍物尺寸可以跟波长长相比 甚至比波长长 还还要小时时 现现象就十分明显显 障碍物小孔 衍射 衍射现现象明显显就是衍射条纹纹更亮吗吗 答案 衍射现现象明显显是指光绕绕到阴影区域的范围围更大 随着缝缝 孔的减小 衍射条纹纹的宽宽度增大 但条纹纹 亮度减弱 延伸思考 例1 观观察单缝单缝 衍射现现象时时 把缝宽缝宽 由0 2 mm逐渐渐增 大到0 8 mm 看到的现现象是 A 衍射条纹纹的间间距逐渐变渐变 小 衍射现现象逐渐渐不明显显 B 衍射条纹纹的间间距逐渐变渐变 大 衍射现现象越来越明显显 C 衍射条纹纹的间间距不变变 只是亮度增强 D 以上现现象都不会发发生 解析 由单缝衍射实验的调整与观察可知 狭缝宽度越 小 衍射现象越明显 衍射条纹越宽 条纹间距也越大 本题是将缝调宽 现象向相反的方向发展 故选项A 正确 B C D错误 答案 A 问题设计 二 单缝衍射与双缝干涉的比较 单缝单缝 衍射和双缝缝干涉得到的都是明暗相间间的条纹纹 如 何区别别它们们 答案 它们们的主要区别别是 单缝单缝 衍射的条纹宽纹宽 度不等 中央最宽宽 条纹间纹间 距不等 双缝缝干涉的条纹宽纹宽 度相 等 条纹间纹间 距相等 要点提炼 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 等 中 央条纹 条纹宽度 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹 间距 不 最宽宽 相等 等 单缝单缝 衍射与双缝缝干涉的比较较 不同 点 亮度情况 中央条纹 两 边 条纹清晰 亮度基本 相等 相 同 点 成因 都有明暗 的条纹纹 条纹纹都是光波叠加 时时加强或削弱的结结果 条纹纹的 变变化 缝缝越窄 条纹宽纹宽 度 条纹间纹间 距越大 波 长长越长长 条纹宽纹宽 度 条纹间纹间 距越大 意义义都是波特有的现现象 表明光是一种波 最亮 变变暗 相间间 例2 如图图2所示的4幅明暗相间间的条纹纹 分别别是红红光 蓝蓝光 各自通过过同一个双缝缝干涉仪仪器形成的干涉图样图样 以及黄光 紫 光各自通过过同一个单缝单缝 形成的衍射图样图样 黑色部分表示亮纹纹 则则在下面的四幅图图中从左到右排列 亮条纹纹的颜颜色依次是 图图2 A 红红黄蓝蓝紫 B 红红紫蓝蓝黄C 蓝蓝紫红红黄 D 蓝蓝黄红红紫 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 答案 B 返回 问题设计 三 光的偏振 取一根软绳软绳 一端固定在墙墙上 手持另一端上下抖动动 软绳软绳 上形成一列横波 质质点在竖竖直平面内沿着上下 方向振动动 如果手持绳绳的一端左右抖动动 会在绳绳上形成 另一列横波 质质点在水平平面内沿着左右方向振动动 现现 在让软绳让软绳 穿过过一块带块带 有狭缝缝的木板 分别别将狭缝缝与振 动动方向平行放置及与振动动方向垂直放置 观观察发发生的 现现 象 如图图3甲 乙所示 如果将这这根绳换绳换 成细软细软 的弹弹簧 前后推动弹动弹 簧形成纵纵 波 观观察发发生的现现象 如图图3丙所示 图图3 这这两种现现象说说明什么 答案 当机械波是横波时时 若质质点的振动动方向与狭缝缝 平行时时 则则机械波能透过过狭缝传缝传 播 反之则则不能透过过 狭缝传缝传 播 对纵对纵 波而言 不管什么情况 纵纵波总总能透过过 狭缝传缝传 播 要点提炼 1 横波 纵纵波的判定方法 1 直接看质质点的振动动方向与波传传播方向的关系 若 为为横波 若 为纵为纵 波 这这种方 法适用于可看得见质见质 点振动动方向的机械波 2 看波能否通过过两个相互垂直且共线线的 狭缝缝 通过过两个 狭缝缝 的为纵为纵 波 通过过的为为横波 填 能 或 不能 相互 垂直在同一直线线上 能 不能 2 感知光的偏振现现象 通过过偏振片P的偏振光在通过过偏振片Q时时 如果两个偏 振片的透振方向平行 则则通过过P的偏振光的振动动方向跟 偏振片Q的透振方向 透射光的强度 如果两个 偏振片的透振方向垂直 则则通过过P的偏振光的振动动方向 跟偏振片Q的透振方向 偏振光 通过过Q 透射 光的强度为为零 如图图4所示 一致最强 垂直不能 图图4 3 光的偏振现现象表明 光是一种 波 横 例3 奶粉的碳水化合物 糖 的含量是一个重要指标标 可以用 旋光法 来测测量糖溶液的浓浓度 从而鉴鉴定含 糖量 偏振光通过过糖的水溶液后 偏振方向会相对对于传传 播方向向左或向右旋转转一个角度 这这一角度 称为为 旋光度 的值值只与糖溶液的浓浓度有关 将 的测测量 值值与标标准值值相比较较 就能确定被测样测样 品的含糖量了 如 图图5所示 S是自然光源 A B是偏振片 转动转动 B使 到达O处处的光最强 然后将被测样测样 品P置于A B之间间 则则下列说说法中正确的是 图图5 A 到达O处处光的强度会明显显减弱 B 到达O处处光的强度不会明显显减弱 C 将偏振片B转动转动 一个角度 使得O处处光强度最大 偏 振片B转过转过 的角度等于 D 将偏振片A转动转动 一个角度 使得O处处光强度最大 偏 振片A转过转过 的角度等于 解析 因为A B的偏振方向一致 故A B间不放糖溶 液时 自然光通过偏振片A后 变成偏振光 通过B后 到达O 当在A B间放糖溶液 由于溶液的旋光作用 使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度 不能再通 过B A对 B错 但当B转过一个角度 恰好使偏振片方向与经过糖溶液 后的偏振光振动方向一致时 O处光强为最强 故B的 旋转角度即为糖溶液的旋光度 所以C对 同理D也对 答案 ACD 针对训练 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 图图6 A 此时时A B的透振方向平行 B 只有将B绕绕OO 轴顺时针轴顺时针 旋转转90 屏上透射光的 强度才会最弱 几乎为为零 C 不论论将A或B绕绕OO 轴轴旋转转90 屏上透射光的强度 最弱 几乎为为零 D 将A沿顺时针顺时针 旋转转180 屏上透射光的强度最弱 几乎为为零 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 答案 AC 返回 课堂要点小结 1 光的衍射 发发生明显显衍射现现象的条 件 三种不同的衍射现现象 单缝单缝 衍射 圆圆孔衍射 泊松亮斑 图样特点 单缝单缝 衍射和双缝缝干涉的比 较较 衍射光栅栅 结结构 图样图样 特点 课堂要点小结 返回 2 光的偏振 与立体电电 影 光的偏振 纵纵波 横波的判定方法 偏振片的原理 自然光和偏振光 偏振现现象的应应用 立体电电影 液晶显显示屏 自我检测区 1234 1234 1 在用单单色平行光照射单缝观单缝观 察衍射现现象的实验实验 中 下列说说法正确的是 A 缝缝越窄 衍射现现象越明显显 B 缝缝越宽宽 衍射现现象越明显显 C 入射光的波长长越长长 衍射现现象越明显显 D 入射光的频频率越高 衍射现现象越明显显 AC 1234 2 关于光的衍射现现象 下面说说法正确的是 A 红红光的单缝单缝 衍射图样图样 是红红暗相间间的直条纹纹 B 白光的单缝单缝 衍射图样图样 是红红暗相间间的直条纹纹 C 光照到不透明小圆盘圆盘 上出现现泊松亮斑 说说明发发生了衍 射 D 光照到较较大圆圆孔上出现现大光斑 说说明光沿着直线传线传 播 不存在光的衍射 1234 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 答案 AC 1234 3 将两个偏振片紧紧靠在一起 放在一盏盏灯的前面 眼睛 通过过偏振片看到的光很弱 如果将其中一个偏振片旋转转 180 在旋转过转过 程中会观观察到 A 灯光逐渐渐增强 然后逐渐渐减弱 B 灯光强度保持不变变 C 灯光逐渐渐增强 没有减弱现现象 D 灯光逐渐渐增强 再减弱 然后增强到最亮 1234 解析 眼睛通过两偏振片看到的光很弱 是因为两偏振 片的透振方向垂直 在旋转其中一个偏振片的过程中 透振方向逐渐一致 光逐渐增强 当两个偏振片的透振 方向一致时 光线最强 继续旋转偏振片 透振方向又 逐渐偏离 光线逐渐减弱 所以选项A正确 答案 A 1234 4 在拍摄摄日落时时分水面下的景物时时 在照相机镜头镜头 前 装一个偏振片 其目的是 A 减弱反射光 从而使景物的像清晰 B 增强反射光 从而使景物的像清晰 C 增强透射光 从而使景物的像清晰 D 减弱透射光 从而使景物的像清晰 解析 让偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直 减弱反射光进入镜头 使水下景物的像清晰 A
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