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第四章 光及其应用
第6节 光的衍射和偏振
为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？
光也是一种波，是否会产生衍射现象呢？
1.通过观察光的衍射实验，掌握有关于光的衍射有关的物理知识
2.掌握有关于光的偏振的物理知识
3.了解偏振光在实际生活中的应用
一、光的衍射
1. 光的衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，会偏离原有直线传播而绕障碍物后面的现象。
2. 光的单缝衍射现象
3. 单色光单缝衍射图样的特点：
（1）条纹不等间距；
（2）中央条纹亮而宽；
（3）两侧条纹较暗较窄，对称分布；
（4）波长一定时，单缝越窄，衍射现象越明显。
4.不同波长光的衍射图样：
（1）单缝不变，波长越大，衍射越明显，中央亮纹越宽。
（2）白光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．
不同色光的单缝衍射
5.单缝衍射与双缝干涉图样比较：
名称 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 现象 意义 障碍物或孔的尺寸比
波长小或跟波长差不多
频率相同的两列
光波相遇叠加
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度几乎相等
各相邻条纹间距不等，越靠外条纹间距越小
各相邻条纹等间距
中央条纹最亮，两边变暗
条纹清晰，亮度基本相同
都是光波叠加时加强或削弱的结果
都有明暗相间的条纹，条纹宽度和间距都随波长变大而变宽
都是波特有的现象，表明光是一种波
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。
6.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.
7.圆盘衍射（泊松亮斑）
不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．
实验现象：在光束中放一个不透明圆盘在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。
圆孔衍射 圆盘衍射
图样
区别
相同 8.圆孔衍射与圆盘衍射图样比较
中央是大且亮的圆形亮斑，外侧较暗
阴影中心有一个很小的亮斑(泊松亮斑)，外侧明亮
不等间距的明暗相间条纹
二、光的偏振
1. 横波的偏振性
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
（1）偏振片：一种由特殊的材料制成的元件,它有一个特殊的方向,叫作透振方向。当光的振动方向与透振方向平行时,光能完全通过偏振片;当光的振动方向与透振方向垂直时,光不能通过偏振片;当处于两者之间时,光只能部分通过。
（2）偏振光：具有特定振动方向的光叫作偏振光
2. 光的偏振
P
Q
自然光
偏振光
起偏器
检偏器
（3）自然光与偏振光的区别
自然光 偏振光
不同点 光的来源
光的振动方向
相同点 直接从光源发出的光
自然光通过偏振片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向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光波的强度都相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向(与偏振片透振方向一致)
不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直
三、偏振现象的应用
1.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
2.在汽车挡风玻璃上的应用
在夜间行车时，迎面开来的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故。如果在每辆车灯玻璃上和司机坐席前面的挡风玻璃上安装一块偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问题。
3.偏光太阳镜
在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。
4.3D立体电影也是利用了光的偏振原理。
3D 眼镜
1. （多选）对下图中所列光学现象的认识，正确的是（　　）
A．甲图中，全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，因此需要用激光进行拍摄
B．乙图中，用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象
C．丙图中，用3D眼镜看3D电影感受到的立体影像是利用了光的偏振现象
D．丁图中，阳光下吹出的肥皂泡呈现出彩色花纹是光的全反射现象
AC
2. （多选）在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况（如图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况），便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法中正确的是（　　）
A．这是利用光的直线传播规律
B．这是利用光的衍射现象
C．如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了
D．如果屏上条纹变宽，表明细丝细了
BD
3、如图所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，则关于光屏上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是(　　)
A．光屏上光的亮度保持不变
B．光屏上光的亮度会时亮时暗
C．光屏上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线
D．光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动
B
光的衍射
明显衍射条件：障碍物或狭缝的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。
单缝衍射图样特征
圆孔衍射图样
泊松亮斑
光的偏振
偏振光的特点
偏振光的获得
偏振现象的应用
光是横波

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