光的衍射和偏振
光的衍射和光的偏振
光的衍射和光的偏振一、光的衍射光的衍射是光线遇到障碍物或通过狭缝时出现弯曲、扩散的现象。
光线传播时会受到物体的干扰，使光线发生弯曲并在阻隔物后形成衍射图样。
这种现象可以用海森堡原理来解释，即在有限的时间内，光线的位置和速度无法同时确定，因而光线在传播过程中会出现分散和散射的情况。
1. 衍射的条件光的衍射需要满足以下两个条件：a) 光波的波长与被衍射物体的尺寸相当；b) 光波遇到的物体具有透明性。
2. 衍射的特点光的衍射具有以下特点：a) 光的衍射发生时，光线会改变方向，并形成暗纹和亮纹的衍射图样；b) 衍射图样的形状与衍射光的波长和衍射物体的形状有关；c) 大尺寸的物体能够产生宽衍射纹，小尺寸的物体则产生窄衍射纹。
3. 应用衍射现象在日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
例如：a) 衍射技术在天文观测中被用来研究恒星的性质和行星的轨道；b) 衍射现象也被应用于显微镜和望远镜的设计，提高光学仪器的分辨率；c) 衍射技术在数字图像处理和光学信息存储等领域起着重要作用。
二、光的偏振光的偏振是指光波中的电磁振动仅在一个特定方向上进行的现象。
在自然光中，光波的电场矢量在垂直于传播方向的平面上振动，可以沿任意方向传播。
而偏振光则限制了电场矢量的振动方向。
1. 光的偏振现象当光通过偏振片或晶体等介质时，会发生偏振现象，使光的电场矢量只在某一特定方向上振动。
根据振动方向的不同，光的偏振可分为线偏振光、圆偏振光和椭偏振光。
2. 偏振的方式光的偏振可以通过以下几种方式实现：a) 自然光经过滤波器或反射器等产生偏振光；b) 通过物质的吸收、散射或反射，使特定方向的电场分量占优势而产生偏振光；c) 通过偏振器材料的特殊结构，例如偏振片或偏光棱镜等。
3. 应用光的偏振在生活和科学研究中有着广泛的应用。
例如：a) 偏振片被广泛应用于太阳镜、墨镜等眼镜制品，以防止强光的干扰；b) 偏振光在显微镜和光学显微镜中用于观察材料的结构和性质；c) 光的偏振还广泛应用于通信、显示技术和激光器等领域。
光的衍射与偏振
光的衍射与偏振光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在传播的过程中，光会经历一系列的现象和效应，其中包括衍射和偏振。
一、光的衍射光的衍射是光波在通过狭缝或物体边缘时发生偏折的现象。
衍射可以解释许多日常观察到的现象，比如水波传播时通过狭缝后波纹的扩散现象。
光的衍射也是波动光学的基本现象之一。
衍射的程度受到波长和衍射物体尺寸的影响。
当波长与物体尺寸相当或物体尺寸较小时，衍射效应较明显。
衍射现象的具体表现形式有：1. 单缝衍射：当光波通过一个狭缝时，光波会在狭缝边缘发生衍射，形成一系列亮暗相间的衍射条纹。
2. 双缝干涉衍射：当光波通过两个狭缝时，光波会在两个狭缝间发生干涉和衍射，产生一系列明暗相间、间隔均匀的干涉条纹。
这是由于两个狭缝形成的光波在空间中叠加干涉的结果。
3. 点源衍射：一个点光源通过狭缝后，光波会在狭缝边缘发生衍射，形成一个中央明亮的点，周围逐渐变暗的衍射图样。
衍射现象的研究不仅在光学领域中有重要应用，也在其他领域中有广泛影响，比如衍射光栅在光谱分析中的应用。
二、光的偏振光的偏振是光波的振动方向限制在一个平面上的现象。
光的偏振可以通过一些材料或器件来实现，一般分为线偏振和圆偏振两种形式。
1. 线偏振：线偏振光的振动方向限制在一个平面上，可以通过偏振片或波片等器件来实现。
线偏振光可以用于许多应用，比如液晶显示器中的偏振片，可以使特定方向的光线透过，从而显示出具体的图像和信息。
2. 圆偏振：圆偏振光的振动方向沿着一个圆弧运动，可以通过偏振片和波片的组合来实现。
圆偏振光在光学显微镜和激光器等领域有着广泛的应用。
光的偏振现象在许多领域中起着重要的作用，例如光学通信中的光纤偏振特性的研究。
总结光的衍射和偏振是光学中的重要现象。
衍射是光波在通过狭缝或物体边缘时发生偏折的现象，可以解释波动现象，如光的干涉。
偏振是光波的振动方向限制在一个特定平面上的现象，可以通过适当的器件来实现。
光的衍射和偏振在许多应用中都起着关键的作用，对于深入理解光的性质和应用具有重要意义。
《光的衍射和偏振》 知识清单
《光的衍射和偏振》知识清单一、光的衍射光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播而进入几何阴影区域，并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象。
（一）衍射现象的分类1、菲涅尔衍射当光源和观察屏（或两者之一）距离衍射屏有限远时，所观察到的衍射为菲涅尔衍射。
例如，在日常生活中，通过门缝观察灯光，就是菲涅尔衍射的一个常见例子。
2、夫琅禾费衍射当光源和观察屏都距离衍射屏无穷远时，所产生的衍射称为夫琅禾费衍射。
在实验中，通常利用透镜将光源的光变成平行光，实现夫琅禾费衍射。
（二）衍射条纹的特点1、中央亮纹衍射条纹中，中央部分有一条特别明亮的条纹，称为中央亮纹。
其宽度通常是其他亮纹宽度的两倍左右。
2、亮纹宽度除中央亮纹外，其他各级亮纹的宽度依次减小。
3、强度分布衍射条纹的光强分布是不均匀的，中央亮纹的光强最强，随着条纹级数的增加，光强逐渐减弱。
（三）衍射的应用1、光学仪器的分辨率衍射现象限制了光学仪器的分辨能力。
例如，显微镜和望远镜的分辨率就受到衍射的影响。
通过减小入射光的波长或增大光学仪器的孔径，可以提高分辨率。
2、光栅衍射光栅是一种具有大量等宽等间距平行狭缝的光学元件。
利用光栅衍射可以进行光谱分析，精确测量光的波长。
二、光的偏振光的偏振是指光的振动方向对于传播方向的不对称性。
（一）偏振态的分类1、自然光在垂直于光传播方向的平面内，光矢量沿各个方向振动的机会均等，振幅相等。
自然光可以通过多个偏振片来观察其无偏振特性。
2、部分偏振光这种光在垂直于传播方向的平面内，光矢量在某一方向上的振动较强，而在与之垂直的方向上振动较弱。
3、线偏振光光矢量只沿一个固定的方向振动，称为线偏振光。
（二）偏振片偏振片是一种只允许某一特定方向的光振动通过的光学元件。
它是由特殊材料制成，具有选择偏振的作用。
（三）偏振的产生1、反射和折射产生偏振当自然光在介质表面反射和折射时，反射光和折射光都会变成部分偏振光。
当入射角满足特定条件时，反射光可以成为完全偏振光。
《光的衍射和偏振》 知识清单
《光的衍射和偏振》知识清单一、光的衍射（一）衍射现象当光通过一个狭缝或者障碍物的边缘时，光不再沿着直线传播，而是在障碍物的后面形成明暗相间的条纹，这种现象就是光的衍射。
（二）衍射的条件衍射现象发生的条件是障碍物或狭缝的尺寸与光的波长相当或者比光的波长小。
（三）单缝衍射1、特点（1）中央条纹最亮、最宽。
（2）两侧条纹亮度逐渐降低，宽度逐渐减小。
（3）条纹间距不等，中央条纹两侧的相邻条纹间距逐渐减小。
2、光强分布中央光强最大，向两侧光强逐渐减小。
（四）圆孔衍射1、特点（1）中央是一个大的亮斑，称为艾里斑。
（2）周围是明暗相间的同心圆环。
2、艾里斑艾里斑的大小与圆孔的直径和光的波长有关。
圆孔直径越小，光的波长越长，艾里斑越大。
（五）衍射光栅1、结构由大量等宽等间距的平行狭缝组成。
2、衍射条纹形成明锐、细窄的条纹，条纹间距均匀。
（六）衍射的应用1、用于测量微小物体的尺寸，如利用 X 射线衍射测量晶体结构。
2、在光学仪器中，通过控制衍射来提高分辨率。
二、光的偏振（一）偏振现象光的振动方向对于传播方向的不对称性叫做光的偏振。
（二）自然光和偏振光1、自然光在垂直于光传播方向的平面内，光矢量沿各个方向振动的机会均等，振幅也相等，这样的光称为自然光。
2、偏振光光矢量在某一特定方向上振动占优势的光称为偏振光。
（三）偏振片一种能够透过某一方向振动的光，而吸收与其垂直方向振动的光的器件。
（四）偏振光的产生1、反射和折射产生偏振光当自然光以一定角度入射到介质表面时，反射光和折射光都是部分偏振光。
2、偏振片产生偏振光通过偏振片可以获得偏振光。
（五）偏振光的检验可以使用另一个偏振片来检验光是否为偏振光。
（六）光的偏振的应用1、在摄影中，用于消除反光，使画面更清晰。
2、在液晶显示技术中，利用偏振光来控制图像的显示。
三、光的衍射和偏振的联系光的衍射和偏振都是光的波动性的表现。
衍射现象展示了光在传播过程中遇到障碍物时的弯曲和扩散，而偏振则揭示了光振动方向的特性。
光的偏振与衍射知识点总结
光的偏振与衍射知识点总结光的偏振和衍射是光学中的重要概念和现象，它们在许多领域中都有广泛的应用。
本文将对光的偏振和衍射的知识点进行总结和解析，帮助读者更好地理解和掌握这些内容。
一、光的偏振光的偏振是指光波振动方向的特性。
在自然光中，光波的振动方向是各向同性的，即在任意方向上都有振动。
而经过某些介质的作用后，光可以变成具有特定振动方向的偏振光。
光的偏振可以通过偏振镜或偏振片实现。
在偏振光中，光波的电场振动方向垂直于光传播的方向。
常见的偏振光有线偏振光和圆偏振光。
线偏振光的电场振动方向只在一个平面上，圆偏振光的电场振动方向则以圆轨迹旋转。
光的偏振在许多领域中都有应用，如光通信、偏振显微镜、液晶显示等。
它可以提供更好的光学性能和更高的图像分辨率。
二、光的衍射光的衍射是指光波通过障碍物或孔径后产生的干涉现象。
当光波通过孔径时，会发生弯曲和弯折，使得光波以某种方式传播并形成干涉图案。
光的衍射是光的波动性质的重要体现。
根据衍射的不同形态，可以将其分为菲涅尔衍射和弗朗宁衍射。
菲涅尔衍射是指光波通过不同孔径大小的圆形孔产生的衍射现象；弗朗宁衍射是指通过狭缝产生的衍射现象。
此外，光的衍射还包括单缝衍射、双缝衍射和衍射光栅等形式。
光的衍射在光学中有广泛的应用。
例如，通过光的衍射可以分析光波的频谱成分，用于光谱分析和光学检测。
此外，利用衍射现象还可以实现激光的调制与控制，应用于激光工程和光通信等领域。
三、偏振与衍射的关系光的偏振和衍射之间存在密切的关系。
当偏振光通过衍射物体时，衍射现象会影响光的偏振性质。
例如，当线偏振光通过狭缝时，由于衍射的作用，光的振动方向会发生变化。
这种现象又称为Huygens-Fresnel原理。
此外，还可以利用偏振光的偏振特性来控制光的衍射。
通过选择不同方向的偏振光，可以实现对衍射图案的调制和改变。
这一技术在激光显示、光存储等领域具有重要应用价值。
总结：光的偏振和衍射是光学中的重要知识点。
光的偏振是指光波振动方向的特性，可以通过偏振片实现。
光的衍射、光的偏振 课件
【规范解答】选D.光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光， 而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能 发生干涉、衍射，所以A错．光的偏振现象并不罕见，除了从 光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏 振光，所以B错．光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向 无关，所以C错．自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底 片感光,D正确.
（3）泊松亮斑：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.若在单色光传播途中，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. 2.产生明显衍射现象的条件 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__.
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 光或由某种介质反射或 折射的光
在垂直于光的传播方
在垂直于光的传播方向
光的振 动方向
向的平面内，光振动沿所 的平面内，光振动沿某 有方向，且沿各个方向振 个特定方向（与起偏器 动的光波的强度都相同 透振方向一致）
【特别提醒】 (1)生活中除光源直接发出的光外，我们看到的 绝大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的反射和折射光 线，尤其是二者互相垂直时，都是典型的偏振光，并且是完全 偏振光，振动方向相互垂直. (2)只有横波才能发生偏振现象，光是横波.
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__尺寸小的多时，光可以看成沿直线传播；在小孔或障碍物尺 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.
二、光的偏振 1.偏振现象 （1）自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着 在垂直于传播方向上沿_一__切__方__向__振__动__的光，而且沿各个方向振 动的光波的_强__度__都相同. （2）偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播 方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光.自然光在玻璃、 水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是_偏__振__光，入射角 变化时偏振的程度也有所变化. （3）只有横波才有偏振现象.
光的衍射和偏振-PPT
水面时，当入射角为多大时使反射光和折射光 均为偏振光？（假设光在玻璃中的折射率相同）
析与解
例2：如何在拍摄时减弱反射光的干扰？
答案：（见课本P34）
13
演示实验（1）：自然光通过一个偏振片
偏振片P
自然光
线偏振光 .
.... .
自然光
检偏器明
14
演示实验（1）：自然光通过一个偏振片
不同色光的单缝衍射
6
单缝衍射规律 1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条 纹间距大． 2、单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮 纹越宽，条纹间隔越大． 3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为 彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为 紫色．
7
A S
1、 孔较大时——屏 上出现清晰的光斑
B
2、 孔较小时——屏上出现衍 射花样
片的透射方向一致时的光波才能通过，也就是说，通 过偏振片的光波，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。
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（1）除了从光源（如太阳、电灯等）直接发 出的光以外，通常看到的绝大多数是反射、折 射光是偏振光。
自然光射到两种介质的界面时，当反射 光与折射光之间的夹角为900，反射光与反射 光就都是偏振光，并且两偏振方向互相垂直。
自然光：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。
偏振片（也叫起偏器或检偏器）：由特定的材料
制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向）， 只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。
偏振光：自然光通过偏振片时，只有振动方向跟偏振
《光的衍射和偏振》 知识清单
《光的衍射和偏振》知识清单一、光的衍射光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播路径而进入几何阴影区域，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。
1、衍射的条件当障碍物或小孔的尺寸与光的波长相当或者比光的波长小时，衍射现象就会比较明显。
2、单缝衍射当光通过单缝时，在屏幕上会形成明暗相间的条纹。
中央条纹最亮最宽，两侧条纹亮度逐渐减弱且间距逐渐增大。
其光强分布可以用菲涅尔半波带法来解释。
3、圆孔衍射光通过圆孔时，在屏幕上会形成一个明暗相间的圆环，中心为亮斑，称为艾里斑。
艾里斑的大小与圆孔的直径和光的波长有关。
4、衍射光栅衍射光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学元件。
通过衍射光栅，光会形成清晰的明条纹，其条纹间距与光栅常数和光的波长有关。
5、衍射的应用衍射在很多领域都有重要应用，例如在光学仪器中用于提高分辨率，在 X 射线衍射中用于分析晶体结构等。
二、光的偏振光的偏振是指光波电矢量振动的方向对于传播方向的不对称性。
1、偏振光的类型（1）线偏振光：光矢量只在一个固定的方向上振动。
（2）部分偏振光：光矢量在某一方向上的振动较强，而在与之垂直的方向上的振动较弱。
（3）圆偏振光和椭圆偏振光：光矢量的端点在垂直于光传播方向的平面内描绘出圆形或椭圆形轨迹。
2、产生偏振光的方法（1）反射和折射：当自然光以一定角度入射到介质表面时，反射光和折射光会成为部分偏振光。
当入射角满足特定条件时，反射光可以成为完全偏振光。
（2）偏振片：通过特殊材料制成的偏振片，只允许某一方向的光振动通过，从而得到偏振光。
3、马吕斯定律如果一束线偏振光的光强为 I₀，通过一个偏振化方向与光的振动方向夹角为θ的偏振片后，其光强 I 为 I ＝ I₀cos²θ。
4、偏振的应用（1）在摄影中用于消除反光，提高画面的对比度和清晰度。
（2）在立体电影中，通过给观众佩戴偏振眼镜，使左右眼分别看到不同偏振方向的图像，从而产生立体感。
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产生明显衍射现象的条 件是：
障碍物或孔的尺 寸比波长小或者跟波 长相差不多。
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观察与思考
现象（详见课本P86）
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一.光的衍射
1.定义：光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将 偏离直线传播的方向而绕到障碍物到达阴影区域的现象。 （另见课本P87） 2.衍射图像及特点： （详见课本P87） （1）单缝衍射
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ห้องสมุดไป่ตู้
白光单缝衍射条纹：中间是白 色的，两边是减弱很快的彩色条纹, 红光在外侧。
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（2）小孔衍射
光通过小孔(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。 .
(3)泊松亮班
（详见课本P86左 边小字部分）
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.
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二.光发生明显衍射的条件
在障碍物的尺寸或缝的宽度可 以跟光的波长相比拟甚至比光的 波长还要小的时候光的衍射现象就十分
明显，出现明显的衍射现象。
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三.光的干涉和光的衍射的比较 双缝干涉图样特点： 明暗相间、等间 距 单缝衍射图象特点：明暗相间、中间较宽较亮，
两边对称亮度渐减弱
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注意：双缝干涉和单缝衍射都 是光波叠加的结果.
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四、光的偏振
注意：只有横波 才有偏振现象。 .
观察与思考（详见课本P88）
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光的偏振证明光是横波。
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