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6 光的偏振
知识内容
考试要求
光的衍射
b
光的偏振
b
课时要求
,,,.
一、光的衍射
[导学探究]让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上,逐渐减小两个卡脚之间的距离,使缝越来越小,?缝间距越小时,条纹有什么变化?用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔,用眼睛通过小孔观察太阳光,会观察到什么现象?
答案大约mm时会出现条纹,当缝间距变小时,屏幕上条纹间距逐渐变宽,,周围为彩色的圆环.
[知识梳理]对光的衍射的认识
当光照射到孔或障碍物上时,光离开直线路径绕到孔或障碍物的阴影里去的现象,叫做光的衍射现象.
当障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小的时候,就会产生明显的衍射现象.
(1)单缝衍射图样的特点:
①中央条纹亮而宽,两侧亮条纹具有对称性,亮条纹宽度逐渐变窄,亮度逐渐减弱.
②光的波长一定时,单缝窄的中央条纹宽,条纹间距大;单缝不变时,光波波长大的中央条纹宽,条纹间距大.
③白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮条纹,两侧为彩色条纹.
(2)圆孔衍射图样的特点:
①单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度高,外面是明暗相间的不等距(填“等距”或“不等距”)的圆环,越向外,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)泊松亮斑:障碍物的衍射现象
①在单色光传播途中,放一个较小的不透光的圆形障碍物,会发现在阴影中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑.
②图样特点:中央是一个亮斑,圆形障碍物阴影的边缘模糊,阴影外边有明暗相间的圆环.
二、光的偏振
[导学探究]
,一端固定在墙上,手持另一端上下抖动,软绳上形成一列横波,,会在绳上形成另一列横波,质点在水平面内沿着左右方向振动.
现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板,分别将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置,观察发生的现象(如图1甲、乙所示).
如果将这根软绳换成细软的弹簧,前后推动弹簧形成纵波,观察发生的现象(如图丙所示).
这两种现象说明什么?
图1
答案当机械波是横波时,若质点的振动方向与狭缝平行,则机械波能透过狭缝传播,,不管什么情况,纵波总能透过狭缝传播.
,取一个偏振片P,让阳光通过偏振片P,在P的另一侧观察,可以看到偏振片是透明的;在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片Q,会看到什么现象?这说明什么?
图2
答案会看到在旋转Q时光的亮度发生变化.
偏振片的作用类似于狭缝的作用,,穿过Q的光最强;当Q与P的透振方向垂直时,光不能透过Q.
[知识梳理]对偏振现象的认识
(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,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫自然光.
(2)偏振光:在垂直于传播方向的平面上,,都是不同程度的偏振光,自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时,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变化.
偏振片由特定的材料制成,每个偏振片都有一个特定的方向,只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片,这个方向叫做“透振方向”.
.
[即学即用]判断下列说法的正误.
(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的,所以二者是一样的.(×)
(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象.(×)
(3)横波和纵波都能产生偏振现象.(×)
(4)自然光通过偏振片可以获得偏振光.(√)
一、光的衍射
:入射光波长越长,障碍物、小孔和狭缝的尺寸越小,衍射现象越明显.
:小孔和狭缝的尺寸越小,衍射条纹的亮度越小.
例1关于光的衍射现象,下列说法正确的是()
,说明发生了衍射
,说明光沿着直线传播,不存在光的衍射
答案AC
解析红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹,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.
针对训练1观察单缝衍射现象时,把缝宽由mm逐渐增大到mm,看到的现象是()
,衍射现象逐渐不明显
,衍射现象越来越明显
,只是亮度增强
答案A
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,现象向相反的方向变化,故选项A正确,B、C、D错误.
二、单缝衍射与双缝干涉的比较
(1)产生条件
(2)图样
(1)都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果.
(2)都是波特有的现象,表明光是一种波.
例2如图3所示的四幅明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹).则在下面的四幅图中从左到右排列,亮条纹的颜色依次是()
图3
答案B
解析双缝干涉条纹平行等距,且波长越长,条纹间距越大,而红光波长比蓝光波长长,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,第二幅图为紫光的衍射图样.
区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法
:双缝干涉的条纹是等宽的,条纹间的距离也是相等的;而单缝衍射的条纹,中央亮条纹最宽,两侧的条纹变窄.
:双缝干涉条纹,从中央亮条纹到两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮,两侧的亮条纹逐渐变暗.
针对训练2如图4(a):用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分
Ⅰ和Ⅱ;接着再做操作2:,一块是蓝色,则()
图4
,光屏上出现的是图(b)图案,且甲是红色条纹,乙是蓝色条纹
,光屏上出现的是图(c)图案,且丙是蓝色条纹,丁是红色条纹
,光屏上出现的是图(b)图案,且甲是蓝色条纹,乙是红色条纹
,光屏上出现的是图(c)图案,且丙是红色条纹,丁是蓝色条纹
答案AD
解析题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹,是干涉图样,(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹,是衍射条纹,,故条纹间距相等,光屏上出现题图(b)图案,由图案知甲的波长大于乙的波长,故甲为红色条纹,乙为蓝色条纹,A正确;操作2是单缝衍射,条纹间距不相等,光屏上为题图(c)图案,再结合波长关系可知D正确.
三、光的偏振
,透射的光最强;当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时
,光不能穿过偏振片.
,则仍会有部分光透过偏振片,只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间.
例3如图5所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮,则()
图5
°后,在P处将看到光亮
°后,在P处将看到光亮
答案BD
解析自然光在垂直于传播方向的平面内,沿各个方向的振动是均匀分布的,通过偏振片后,,故A错;它通过偏振片A后,即变为偏振光,故B对;设通过A的光沿竖直方向振动,而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,以SP为轴将B转过180°后,P处仍无光亮,故C错;以SP为轴将B转过90°后,则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处将看到光亮,故D对.
1.(光的衍射)对光的衍射现象的定性分析,正确的是()
答案ABC
解析根据光的衍射现象的定义可知选项A正确;衍射图样中有亮、暗条纹,这是光波相互叠加的结果,加强区为亮条纹,减弱区为暗条纹,选项B正确;因为衍射也是波特有的现象,所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据,选项C正确;当障碍物较大时,光的衍射很弱,光几乎沿直线传播,即光的直线传播只是特殊情况下的近似,二者是统一的,选项D错误.
2.(光的衍射)让烛光照射到一块遮光板上,板上有一个可自由收缩的三角形孔,当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时,则在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)是()
答案A
解析当三角形孔较大时,屏上出现一个三角形光斑,如图甲所示,随着三角形缓慢地收缩,光斑逐渐变小;当三角形孔小到一定程度时,屏上会出现倒立的烛焰,如图乙所示;继续使三角形孔缓慢收缩,可以观察到小孔衍射图样;当孔闭合时,屏上就会一片黑暗.
3.(单缝衍射与双缝干涉的比较)(2019·宁波效实中学高二第二学期期中
)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时,用激光比普通光源效果更好,,如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色条纹,还能通过感光元件中的信号转换,()
图6
,光强分布如图乙所示
,光强分布如图丙所示
,光强分布如图乙所示
,光强分布如图丙所示
答案AD
4.(光的偏振)(2019·嘉兴一中高二第二学期期中)让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q,如图7所示,,最有可能看到操作前后因透射光的强度发生变化,引起光屏亮度改变的是()
图7
°
°
°
°
答案A
一、选择题
考点一光的衍射