学案3 光的衍射与偏振 激光
[学习目标定位] 1.知道光产生明显衍射现象的条件，了解几种不同衍射现象的图样.2.能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析.3.认识光的偏振现象，知道光是横波.4.知道偏振光和自然光的区别，能用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象.5.了解激光的特性及应用．
1．波可以绕过障碍物继续传播的现象叫波的衍射．产生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或比波长小．
2．横波是质点振动方向跟波的传播方向垂直的波．纵波是质点振动方向跟波的传播方向平行的波．
一、光的衍射
1．概念：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而绕到狭缝(或圆孔)后面继续传播的现象．
2．衍射图像：单色光的单缝衍射图像的特点是中央有一条较宽较亮的条纹，两边是对称而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱．白光的单缝衍射图像的特点是中央是一条白条纹，两边是很快减弱的彩色条纹．
3．发生明显衍射现象的条件：当单缝(或圆孔)的尺寸跟光的波长相差不大，或者比波长小时，会发生明显的衍射现象． 二、光的偏振
1．线偏振光：如果光振动的方向限在一个平面，这种光叫线偏振光．
2．自然光：通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、振动方向不同而互不相干的线偏振光组成的，称为自然光．
3．意义：光的偏振现象进一步证实了光是横波． 三、激光
1．激光的特殊性质：强度大、方向性好、单色性好、相干性好、覆盖波段宽而且可调谐． 2．激光具有广泛的应用，如激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排、光盘等．
一、光的衍射
[问题设计]
唐代诗人王维的诗句“空山不见人，但闻人语响”描写了一种常见的“闻其声而不见其人”的物理现象．这种现象是如何形成的呢？为什么声波容易发生衍射现象而光波不容易发生衍射现象呢？
答案 诗句中描写的是声波的衍射现象．
声波的波长较大，与日常生活中的物体可以相比，很容易发生明显衍射现象，故可以隔着障碍物“闻其声”，但光的波长远小于日常生活中物体的尺寸，光在障碍物后形成阴影，故有“不见其人”的现象． [要点提炼]
1．各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，即使影的轮廓模糊不清． 2．光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． 3．衍射图样的特点 (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，各条纹间距大；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，圆板阴影的边缘模糊，阴影外边有明暗相间的圆环． [延伸思考]
衍射现象明显就是衍射条纹更亮吗？
答案 衍射现象明显是指光绕到阴影区域的范围更大，随着缝、孔的减小，衍射条纹的宽度增大，但条纹亮度减弱． 二、光的偏振 [问题设计]
1．取一根软绳，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，质点在竖直
平面内沿着上下方向振动．如果手持绳的一端左右抖动，会在绳上形成另一列横波，质点在水平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，反之则不能透过狭缝传播．对纵波而言，不管什么情况，纵波总能透过狭缝传播．
2．如图2所示，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1中狭缝的作用，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过．当偏振片Q与P的透振方向平行时，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. [要点提炼]
1．横波、纵波的判定方法
(1)直接看质点的振动方向与波传播方向的关系．若互相垂直，为横波；若平行，为纵波，这种方法适用于可看得见质点振动方向的机械波．
(2)看波能否通过两个互相垂直且共线的“狭缝”，能通过两个“狭缝”的为纵波，不能通过的为横波． 2．偏振片
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通过偏振片，这个方向叫做透振方向．偏振片对光波的作用就像狭缝对机械波的作用一样．
3．光的偏振现象表明光是一种横波． 4．自然光和偏振光 光的来源 光的振动方向 自然光 直接从光源发出的光 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同 太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光 偏振光 自然光通过起偏振器后的光 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏振器透振方向一致) 自然光在介质表面反射和折射形成的光 举例 5.偏振现象的应用举例
(1)摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振滤光片，让它的透振方向与玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，阻挡了反射光进入镜头．
(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向互相垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，液晶具有各向异性的属性，特别是对偏振光经过液晶时，其偏振方向会旋转90°，利用这种特性控制光通过或不通过，从而显示数字的形状．
一、对光的衍射的理解
例1 观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是( ) A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显 B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显 C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强 D．以上现象都不会发生
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
例2 如图3所示的4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
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