高中物理第十三章光第5、6节光的衍射光的偏振教学案新人教选修3-4

第5、6节光的衍射__光的偏振

1.衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最

宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，

亮度越低。

2．白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹，两侧

为彩色条纹，外侧呈红色，靠近白色亮纹的内侧为

紫色。

3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着

某个特定的方向振动的光。

一、光的衍射

1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。

2．衍射图像：衍射时产生的明暗条纹或光环。

3．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。

4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。

5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象。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。

二、衍射光栅

1．衍射光栅的结构

由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器。

2．衍射图样的特点

与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。

3．衍射光栅的种类

反射光栅、透射光栅。

三、光的偏振

1．横波与纵波的特点

横波中各点的振动方向总与波的传播方向垂直。纵波中，各点的振动方向总与波的传播

方向在同一直线上。横波有偏振现象。

2．自然光和偏振光

(1)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，沿着各个方向振动的光波的强度都相同。

(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。

3．光的偏振

偏振现象只有沿偏振片的“透射方向”振动的光波才能通过偏振片

结论偏振现象表明，光是一种横波

偏振光的

形成①自然光通过偏振片后，得到偏振光

②自然光在介质表面反射时，反射光和折射光都是偏振光

偏振现象的应用①把偏振片装在照相机镜头前

②电子表的液晶显示

1．自主思考——判一判

(1)白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象。(×)

(2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象。(×)

(3)用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹。(√)

(4)凡是波都有偏振现象。(×)

(5)反射可以引起自然光的偏振。(√)

(6)拍摄水中游鱼时，在镜前装一偏振片是利用光的偏振现象。(√)

2．合作探究——议一议

(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，两种条纹是否完全一样？

提示：不一样。衍射条纹是中间最宽、最亮，从中央向两侧逐渐变窄、变暗；干涉条纹是等间距的条纹，即宽度和亮度相同。

(2)自然光和偏振光有什么不同？

提示：自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同，而偏振光只在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。

三种衍射图样的特点比较

1．单缝衍射图样

(1)中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄。

(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低。

(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。

(4)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。

2．圆孔衍射

(1)圆孔衍射：

如图13­5­1甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播)；减小圆孔，光屏上出现光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上出现图丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样)。

图13­5­1

(2)圆孔衍射的图样特征：

①单色光的圆孔衍射图样：中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环；越向外，圆(亮)环亮度越低。

②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。

3．圆板衍射

(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。

(2)形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。

(3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。

[典例] 某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图13­5­2所示的衍射图样。据此可以判断出( )

图13­5­2

A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样

B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样

C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大

D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大

[解析] 甲图的衍射图为明暗相间的圆环，而乙图为在影的中心有一个亮斑——泊松亮斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样，故A正确。

[答案] A

衍射图样的特征

(1)对于衍射条纹的特征用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”。其中“中白边彩”只适合于白光光源。

(2)各种衍射图样的形状不同，而图样的分布规律、影响因素都是类似的。

1．(多选)在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是( )

A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄

B．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

D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽

解析：选ACD 当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，即光偏离直线传播的路径越远，条纹间距也越大；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，条纹间距越大；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，故选项A、C、D正确。

2．(多选)平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有( ) A．在衍射图样的中心都是亮斑

B．泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽

C．小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑

D．小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的