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4.6　第2课时　光的偏振
【合作探究】
任务1　认识光的偏振
实验1：取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，观察绳波能否通过不同方向的狭缝。
实验2：使一弹簧穿过“狭缝”，轻拨弹簧，形成一列弹簧波。旋转狭缝方向，观察弹簧波的传播情况。
　　实验3：观察光的偏振现象。
1.实验1中你可以观察到什么现象 这说明绳波是横波还是纵波


2.实验2中你可以观察到什么现象 这说明弹簧波是横波还是纵波


3.对于实验3图甲过程，在光源与光屏之间放上一个偏振片P，光屏上的明暗程度相比不放偏振片会不会发生变化 为什么


4.对于实验3图甲过程，再转动偏振片P，光屏上的明暗程度会不会发生变化 为什么


5.对于实验3图乙、图丙过程，固定偏振片P，转动偏振片Q，光屏上光的亮度为什么会发生周期性变化

1.纵波与横波：波分为纵波和横波。在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上。在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。
2.光的偏振
(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含在垂直于传播方向上沿①　　　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。
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个②　　　的方向振动的光。
(3)偏振光的形成
a.让自然光通过③　　　形成偏振光。
b.让自然光在两种介质的界面发生反射和④　　　，反射光和折射光都是偏振光。
(4)光的偏振现象说明光是一种⑤　　　波。
活动　问题探讨
要判断偏振光的强弱，关键是判断偏振光的振动方向与偏振片的透振方向的关系。若它们平行，则光强最强；若它们垂直，则光强最弱。
(1)跟同学讨论一下，有哪些方式可以获得偏振光
(2)透过一个偏振片去观察黑板时，转动偏振片，会发现黑板上粉笔字的亮度发生变化，为什么

应用　偏振方向和透振方向的理解
(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A转过90°后，在P处将看到光亮
人眼看到的光最亮时，偏振片A和B 应该如何放置


【归纳总结】
　　透振方向：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，这个方向叫作“透振方向”。
(1)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，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。
(2)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，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。
任务2　偏振现象的应用
查阅资料，了解偏振现象的应用，回答下列问题。
1.偏振现象在摄影技术中的应用原理是什么


2.偏振现象在汽车挡风玻璃上的应用原理是什么



1.摄影技术中的应用。光的偏振现象有很多应用，如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景象不清楚。如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而拍出清晰的照片。
2.偏振片在汽车挡风玻璃上的应用。在夜间行车时，迎面而来的车灯常常使司机看不清路面，容易发生事故。如果在每辆车的车灯玻璃上和司机座椅前面的挡风玻璃上安装一片偏振片，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。从对面车灯射
来的偏振光，由于振动方向跟司机座椅前挡风玻璃偏振片的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里。而从自己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己的挡风玻璃上的偏振片的透振方向相同，所以司机仍能看清自己的车灯照亮的路面和物体。
现象解释：观看立体电影时，为什么要佩戴偏光眼镜才能看到立体效果


应用　光的偏振现象的应用
在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是 (　　　)
A.减弱反射光，从而使景物的像清晰
B.增强反射光，从而使景物的像清晰
C.增强透射光，从而使景物的像清晰
D.减弱透射光，从而使景物的像清晰
【随堂检测】
1.(任务1)(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的强度可以不相同
B.偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光
C.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
2.(任务1)如图所示，两光屏间放有两个透振方向平行的偏振片，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N上光的亮度变化情况，下列说法正确的是 (　　　)
A.光屏N上光的亮度保持不变
B.光屏N上光的亮度会时亮时暗
C.光屏N上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线
D.光屏N上只有一条亮线，且随偏振片转动而转动
3.(任务2)(多选)奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，利用旋光仪这种仪器可以测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振光的偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关，将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，绕中心轴转动偏振片B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间。则下列说法正确的是 (　　　)
A.到达O处光的强度会明显减弱
B.到达O处光的强度不会明显减弱
C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，则偏振片B转过的角度等于θ
D.将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，则偏振片A转过的角度等于θ
参考答案
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.当狭缝竖直放置时，绳子的绳波可以通过狭缝；当狭缝水平放置时，绳波不能通过狭缝。这说明绳波是横波。
2.不管狭缝竖直放置还是水平放置，弹簧振动形成的波都可以通过狭缝。这说明弹簧波是纵波。
3.会发生变化。白炽灯发出的光是自然光，由于偏振片P的存在，到达光屏的光只剩下沿某个方向振动的偏振光。
4.不会。在图甲中，白炽灯发出的光是自然光，由于自然光沿各个方向振动的光的强度相同，因此在图甲中转动偏振片P时，只改变偏振光的振动方向，不改变偏振光的能量，光屏上光的明暗程度不会发生变化。
5.在图乙和图丙中，偏振片P称为起偏器，偏振片Q称为检偏器。白炽灯发出的自然光经偏振片P后只剩下沿其透振方向振动的光，如果偏振片Q透振方向与偏振片P透振方向相同，则有光到达光屏上，光屏被照亮；如果偏振片Q与偏振片P透振方向相互垂直，则不会有光到达光屏上，光屏变暗。因此，固定偏振片P，转动偏振片Q时，光屏上光的亮度会发生周期性变化。
知识生成　①一切　②特定　③偏振片　④折射　⑤横
应用探究
活动　【提示】(1)自然光通过偏振片可获得偏振光；自然光射到两种介质的界面上，反射光和折射光都是偏振光；不发光物体反射的光一般都是偏振光。
(2)黑板和黑板上的粉笔字的反射光都是不同程度的偏振光，所以当转动偏振片时，透过偏振片所看到的黑板和黑板上的粉笔字的亮度会发生周期性的变化。
例1　【答案】BD
【提示】只有偏振片A和B透振方向相同放置时，人眼看到的光才会最亮。
【解析】自然光沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光，从电灯直接发出的光为自然光，A项错误；光通过偏振片A后，变为偏振光，B项正确；设通过A的光沿竖直方向振动，当偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光时，P点无光亮，将B转过180°后，P处仍无光亮，C项错误；若将A转过90°，则该偏振片将变为与偏振片B透振方向一致的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，D项正确。
任务2
问题引领
1.见知识生成。
2.见知识生成。
应用探究
活动　【提示】立体电影是利用光的偏振现象来实现的。两台放映机同时放映着从不同角度同时拍摄的场景，并且放映机采用正好垂直的偏振光进行放映，观众所戴的眼镜左、右镜片的透振方向正好也相互垂直。只有透振方向与某束偏振光的偏振方向平行的镜片才能透过该束偏振光，这样，两只镜片分别只能透过来自两台放映机中某一台的偏振光，则观众能同时获得两束带有不同信息的光线，在脑海中便能复合成立体感很强的场景。
例2　【答案】A
【解析】由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，其透振方向与反射光的振动方向垂直。
随堂检测·精评价
1.BD　【解析】按自然光和偏振光的定义，自然光包含着在垂直于光传播方向的平面上沿任意方向振动的光，而且沿各个方向振动的光的强度相同，而偏振光是沿垂直于光传播方向上的某一特定方向振动的光，A项错误，B项正确。太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光，自然光透过一个偏振片后变成偏振光，偏振光再通过一个偏振片仍然是偏振光，不是自然光，C项错误，D项正确。
2.B　【解析】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，当偏振片P与偏振片Q透振方向垂直时，光屏没有亮度，则光屏上光的亮度从亮到暗，再由暗到亮。光的衍射现象很不明显，所以光屏上不可能有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线，A、C、D三项错误，B项正确。
3.ACD　【解析】根据题意可知，开始时A、B两偏振片的透振方向相同，当被测样品置于A、B之间时，光线旋转一个角度θ，因此到达O处光的强度会明显减弱，A项正确，B项错误；为了使得O处的光线强度最大，则必须将其中一个偏振片旋转角度θ，使光线穿过偏振片时，光的偏振方向与偏振片的透振方向一致，C、D两项正确。4.6　光的衍射与偏振
【学习目标】
第1课时
1.通过任务1及其活动，认识光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件。(物理观念、科学探究)
2.通过任务2及其活动，了解光的衍射在生产生活及科学技术中的应用，能用所学的知识分析生活中的明显衍射现象。(科学思维、科学态度与责任)
第2课时
1.通过任务1及其活动，经历从绳波偏振到光波偏振的科学探究过程，认识光的偏振现象，建构自然光和偏振光的模型。(科学思维、科学探究)
2.通过任务2及其活动，了解偏振在生产生活中的应用，能分析其原理。(科学思维、科学态度与责任)
【自主预习】
思考并回答问题。
思考1：判断下面两幅图片分别是哪种光学现象的图像。
思考2：如图所示，让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使偏振片P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则光屏Q上的亮度变化情况是怎样的 并说明理由。

正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论。 (　　　)
(2)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。 (　　　)
(3)菜汤上的油花呈现彩色，是光的衍射现象。 (　　　)
(4)光的偏振现象说明光是横波。 (　　　)
(5)反射可以引起自然光的偏振。 (　　　)
(6)所有波都能产生偏振现象。 (　　　)
第1课时　光的衍射
【合作探究】
任务1　认识光的衍射
实验演示：单缝衍射。
1.如图所示，在观察单缝衍射实验时，在狭缝变窄的过程中，通过狭缝的光亮度和照射的范围如何变化 为什么


2.光的衍射现象中，明暗条纹产生的原因是什么



3.什么是衍射光栅 阅读课本，查阅资料，了解衍射光栅的应用。


1.光在传播过程中遇到障碍物时，绕过障碍物而偏离直线传播的现象叫光的①　　　现象。
2.发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长②　　　，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。
活动　解释现象
用单色光照射一个缝宽可以调节的单缝，当缝宽由1.5 mm 逐渐调节到0.7 mm、0.4 mm、0.2 mm、0.1 mm 时，在缝后的光屏上观察到了图示的现象。请解释屏上亮条纹形成的原因。
应用　单缝衍射条纹和双缝干涉条纹的区别
(多选)红光或蓝光通过同一双缝或单缝所呈现的图样如图所示，则 (　　　)
A.甲为蓝光的干涉图样
B.乙为蓝光的干涉图样
C.丙为红光的衍射图样
D.丁为红光的衍射图样
单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么不同
【归纳总结】
单缝衍射 双缝干涉
产生 条件 只要狭缝足够小，任何光都能发生明显衍射现象 频率相同的两列光波相遇叠加
条纹 宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
条纹 间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
亮度 中央条纹最亮，两边亮度减弱快 条纹清晰，亮度减弱慢
成因 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
意义 都是波特有的现象，表明光是一种波

任务2　光的衍射实例分析
下面是几种典型的衍射现象。
1.请比较圆孔衍射与圆盘衍射的差异。


2.利用衍射知识，解释光经过大头针为什么会形成影像


1.单色光的衍射：条纹是一些③　　　的条纹，中央条纹④　　　、⑤　　　，离中央条纹越远，亮条纹的宽度⑥　　　，亮度⑦　　　。
2.白光的衍射：条纹中间为⑧　　　，两侧为⑨　　　。
3.圆孔衍射：中间是大且亮的⑩　　　，周围分布着明暗相间的　　　，且越靠外，圆形亮条纹的亮度　　　，宽度　　　。
活动　实验思考
观察圆孔衍射实验，在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏上的现象是什么 为什么

应用　了解泊松亮斑
(多选)某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆盘后，分别得到如图1、2所示的图样。下列说法正确的是 (　　　)
图1　　　　　 　　图2
A.图1属于圆孔衍射
B.图2的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松推算出圆盘后的影像会出现这个亮斑，后来泊松通过实验观察到了这个亮斑
C.不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D.发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里了
用光射到一个不透光的小圆形障碍物上形成的影，影的中心有一个圆形的亮斑，你知道这是怎样形成的吗


【随堂检测】
1.(任务1)将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的　　　(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度　　　(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时，这种现象十分明显。
2.(任务1、2)(多选)关于光的衍射现象，下列说法正确的是 (　　　)
A.红光的单缝衍射图样是红黑相间的直条纹
B.白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹
C.光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明光发生了衍射
D.光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射
3.(任务2)如图所示的实验装置中，光屏上出现的图像是 (　　　)
A　　　　B
C　　　　D
4.(任务2)(多选)下列图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断，下列说法正确的是 (　　　)
A.图1是小孔衍射的图样，图2为“泊松亮斑”
B.图1为“泊松亮斑”，图2是小孔衍射的图样
C.图3是双缝干涉图样，图4是单缝衍射图样
D.图3是单缝衍射图样，图4是双缝干涉图样
参考答案
自主预习·悟新知
思考1：图1是光通过圆孔的直线传播，图2是圆孔衍射。
思考2：光屏上亮度基本不变，太阳光是自然光，在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿任意方向，且各个方向上的光振动强度相同，所以旋转偏振片只能改变光振动的方向，不能改变光的强度。
判断　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×
第1课时　光的衍射
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.当缝较宽时，通过缝的光沿直线照射到屏上的AB区域，当缝变窄时，由于通过的光变少，光能量减少，所以光的亮度降低，当缝调到很窄时，光不再沿直线传播，而是绕过狭缝的边缘，传到相当宽的地方，发生衍射现象，所以亮纹亮度虽然降低了，但宽度反而变宽了。
2.原因是来自单缝或圆孔上不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时，光波加强或者削弱。
3.见知识生成。
知识生成　①衍射　②相差不多
应用探究
活动　【提示】①缝较宽时，屏上出现的亮斑是缝的形状，阴影区和亮区边界清晰，这是光沿直线传播的结果，如图1所示。
②缝窄到一定程度时，会出现光源倒立的像，这便是小孔成像，是光沿直线传播的结果。小孔成的像是倒立的实像，如图2所示。
③缝较窄时，光发生了衍射现象，其边缘偏离了光直线传播的边界，如图3所示。
④缝很窄时，光发生了明显的衍射现象，明亮区域比缝宽大很多，如图4所示。
⑤使缝进一步变窄时，光的衍射现象更加明显，中央亮条纹更宽，且中央亮条纹两侧出现了明暗相间的衍射条纹，如图5所示。
例1　【答案】BC
【提示】单缝衍射中各相邻条纹间距不等，双缝干涉中各相邻条纹等间距。
【解析】蓝光的波长比红光的波长短，干涉条纹间距更窄，B项正确，A项错误；丙、丁均为衍射图样，红光波长较长，衍射后在屏上产生的中央亮条纹较宽，C项正确，D项错误。
任务2
问题引领
1.圆孔衍射与圆盘衍射最大的差别是前者中心的亮斑比较大，而后者只有一个小亮点。
2.光在大头针的边缘时，发生衍射，不再沿直线传播，进入大头针的边缘本影内，使得边缘的影像不再清晰。
知识生成　③明暗相间　④最宽　⑤最亮　⑥越小　⑦越低　⑧白色条纹　⑨彩色条纹　⑩圆形亮斑　同心圆环　越弱　越小
应用探究
活动　【提示】圆孔直径由大变小的过程中，依次出现：
①圆形光斑，由光的直线传播形成；
②光源的像，由于光的直线传播形成的实像，即小孔成像；
③明暗相间的圆环，由于光的衍射形成的图样；
④完全黑暗，当圆孔太小时，透过的光的能量太少，什么也看不到。
例2　【答案】ACD
【提示】各种不同形状的障碍物会使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，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。
【解析】根据衍射条纹的特点可知图1属于圆孔衍射，A项正确；图2的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松推算出圆盘后的影像会出现这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来阿拉果发现了这个亮斑，B项错误；不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，C项正确；发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里了，D项正确。
随堂检测·精评价
1.衍射　接近
【解析】光能绕过障碍物或小孔的现象叫作光的衍射；产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多或比光的波长小。
2.AC　【解析】红光照到狭缝上产生的衍射图样是红黑相间的直条纹，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项衍射现象不明显，但不能认为不存在衍射现象。
3.B　【解析】用激光器照射直径小于激光束的不透明圆盘，会产生光的衍射现象，中央出现亮点。
4.AC　【解析】“泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”，而小孔衍射的图样是中间有“亮斑”，无阴影，图1是小孔衍射的图样，图2为“泊松亮斑”；图3很明显是双缝干涉的图样，因为干涉图样中的条纹间距是相等的，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮；图4是单缝衍射图样，综上A、C两项正确，B、D两项错误。

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