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第四章 光及其应用
第6节 光的衍射和偏振
昆虫的薄翼在阳光下为什么熠熠生辉？
七彩祥云和星芒是怎么形成的？
1.观察光的衍射现象,认识衍射条纹的特点
2.知道产生明显衍射的条件,知道自然光和偏振光的区别
3.了解光的偏振的应用
一、光的衍射
（1）现象:
①当狭缝较宽时：观察屏上是一条亮的光带
②狭缝不断变窄时：观察屏上会出现中央亮且宽、两边对称分布、明暗相间的光带
1.光的狭缝衍射
这表明光绕过了狭缝边缘传播,而不是沿直线传播，这就是光的狭缝衍射。
（2）狭缝衍射图样的特点
①中央条纹最亮、越向两边越暗;中央条纹最宽,越靠外,条纹间距越窄.
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.入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大.
　 中央宽且亮,两边窄且暗
　衍射越明显
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
如果将狭缝换成大小可调的圆孔，当圆孔足够小时，同样能观察到中央为明显的亮斑、周围是明暗相间的圆形光环的图样。和光线通过狭缝传播相似，圆形光环的图样远大于通过圆孔时按照直线传播所能照亮的区域，这就是光的圆孔衍射现象。
2.光的圆孔衍射
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.圆盘衍射
(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓的边缘模糊不清,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,如图所示.
(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.
圆孔衍射、圆盘衍射的区别
分类 圆孔衍射 圆盘衍射
衍射图样
条纹 中心亮斑
明暗相间的环形条纹，中心均有亮斑
中心亮斑较大
泊松亮斑较小
思考：在光的干涉和衍射实验中均可观察到明暗相间的条纹,下列三幅图样中哪幅为光的双缝干涉图样,哪幅为光的单缝衍射图样
甲为光的双缝干涉图样;乙为光的单缝衍射图样.
4.单缝衍射和双缝干涉的比较
单缝衍射与双缝干涉的比较
比较项 单缝衍射 双缝干涉
不 同 点 产生条件
条纹宽度
条纹间距
亮度
相 同 点 成因 意义 光波的波长越长,干涉条纹、衍射条纹的宽度都变大.
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
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
中央条纹最亮，两边变暗
条纹清晰，亮度基本相等
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
都是波特有的现象，表明光是一种波
5.发生明显衍射的条件
当障碍物的尺寸与光的波长相当,甚至小于光的波长时,衍射现象将十分明显.
思考：光遇到小孔、单缝或障碍物时,衍射现象可能发生,也可能不发生,这种说法对吗
光遇到小孔、单缝或障碍物时,衍射现象都会发生,只有明显与不明显之分.
6.区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法
(1)根据条纹的宽度区分: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,中央明条纹最宽,两侧的条纹变窄.
(2)根据明条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央明纹往两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹中央明纹最亮,两侧的明纹逐渐变暗.
绳波的振动方向与狭缝的方向平行时，传播情况正常；振动方向与狭缝方向垂直时，绳波经过狭缝后消失。这种现象叫做偏振现象
（1）偏振现象：在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的波叫波的偏振现象。
（2）偏振方向：横波的振动方向称为偏振方向。
狭缝的方向影响横波的传播
二、偏振
1.波的偏振
一列纵波，以这列纵波的传播方向为轴，无论我们怎么旋转第二块木板，纵波都能通过。
也就是说纵波不发生偏振现象！
1.波的偏振
（3）偏振现象是横波独有的特征，故利用偏振现象可判断一列波是横波还是纵波。
思考：光波是横波还是纵波？
横波能够发生偏振现象而纵波不能发生偏振现象
1.波的偏振
一种由高分子薄膜制成的光学器件，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”。
（1）偏振片：
太阳、电灯、普通光源发出的光包含了垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫自然光。
偏振片
实物
示意图
箭头表示透振方向
2.光的偏振
2．偏振光：
Q
P
自然光
偏振光
光在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光。
若光的振动方向与偏振片Q的透振方向平行，屏是亮的
起偏器
检偏器
Q
P
自然光
偏振光
自然光不是偏振光！
起偏器
检偏器
若光的振动方向与偏振片Q的透振方向垂直，屏是暗的
光的偏振实验
两偏振片偏振方向情况：
（1）偏振风向相同时，光屏最亮；
（2）偏振方向垂直时，光屏最暗
实验结论：光是横波
比较 自然光 偏振光
成因
振动方向
3.自然光和偏振光的区别
从普通光源(如太阳、电灯等)直接发出的光
自然光通过偏振片后就变成了偏振光，一般反射光、折射光均为偏振光
在垂直于传播方向上沿着各个方向振动
在垂直于传播方向的平面内只有一个振动方向
1.汽车偏振光玻璃：汽车驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振方向都沿同一方向并与水平面成45°角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，可以保证安全行车。
未装偏振照明灯的情景
安装偏振照明灯的情景
三、偏振光的应用
2.照相机偏光镜头：
玻璃门表面的反光很强，用偏光镜头消除了反射偏振光使玻璃门内的人物清晰可见。
未使用偏光镜头的效果
使用偏光镜头的效果
3.立体电影：偏振式3D技术是利用光的偏振原理来分解原始图像的。
在拍摄时，用两个透振方向互相垂直的镜头同时拍摄影像；在放映时，通过两个放映机同步放映，使略有差别
的两段影像重叠在银幕上，当观众戴上
偏振眼镜时，人的左右眼分别收到两组
相应的偏振光影像像，最后经过大脑合成
立体影像。
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
A
2.下列哪种现象不是由于衍射形成的(　　)
A.通过两支铅笔中间的狭缝观察发光的日光灯会看到彩色条纹
B.光照在不透光的小圆盘上,在其后面阴影中心会出现小亮点
C.在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面能看到彩色条纹
D.声音能够绕过障碍物传播
C
3.(多选)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是(　　)
A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同
B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光
C.自然光透过两个偏振片后可还原为自然光
D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
BD
4.(多选)如图所示,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(　　)
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
BD

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