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(共31張PPT)
光的衍射和偏振
熟肉表面呈現彩色光斑，商家說這不是變質，是一種光學現象。
情境引入
那么，商家是在狡辯還是有科學依據呢？
光的干涉現象反映了光的波動性，而波動性的另一特征是波的衍射現象，光是否具有衍射現象呢？如果有衍射現象，為什么在日常生活中我們沒有觀察到光的衍射現象呢？
水波、聲波都會發生衍射現象，它們發生明顯衍射的條件是什么？
條件：障礙物或縫、孔的尺寸比波長小或者跟波長相差不多。
問題提出
可見光的波長很短：400nm--700nm
激光束
實驗裝置：取一個不透光的屏，在它的中間裝上一個寬度可以調節的狹縫，用平行的單色光照射，在縫后適當距離處放一個像屏。
調節狹縫的寬度，若在光屏上觀察到比狹縫寬度寬得多的亮區，就證明了光的衍射現象。
猜想與假設
實驗演示
光的衍射現象
2.發生明顯衍射的條件：當障礙物的尺寸（或縫、孔的尺寸）接近波長或比波長還要小 。
1.定義：光離開直線傳播路徑繞到障礙物陰影里去的現象。衍射時產生的明暗條紋叫衍射圖樣。
1.單縫衍射
衍射圖樣:中央亮紋最寬最亮，兩邊是對稱的明暗相間條紋，亮條紋光強和寬度向兩邊逐漸減小。
中央亮條紋
光強
分別改變單縫的寬度，光的波長，觀察實驗現象；
實驗演示
實驗結論（1）：波長一定時，單縫越窄，中央亮條紋越寬，條紋間距越大，但光強減弱。
（1）操作1：改變單縫的寬度
實驗演示2
實驗結論（2）：縫寬一定時，波長越大，中央亮條紋越寬，條紋間距越大。
（2）操作2：改變光的波長
實驗演示2
解釋與交流：白光衍射圖樣
動手做一做：透過手指縫觀察日光燈的衍射現象，或者瞇眼從上下交錯的睫毛縫隙中看燈光。
白光單縫衍射圖樣：中央是白色亮條紋，兩邊是光強逐漸減弱的彩色條紋。
實驗演示3
2.圓孔衍射
圓孔直徑：1.0mm
圓孔直徑：0.3mm
圓孔直徑：0.15mm
實驗結論（3）
當圓孔小到一定程度時，屏上會出現衍射圖樣。
圓孔衍射圖樣：中央為明顯的亮斑、周圍是明暗相間的環狀條紋；圓孔越小，衍射越明顯。
各類形狀的小孔/障礙物衍射現象
單縫
圓孔
針尖
圓盤
各類形狀小孔
障礙物
3.圓盤衍射——泊松亮斑
泊松
（光的微粒說派）
菲涅爾（光的波動說派）
明暗相間的不等距的同心圓環，中心有一個亮斑（泊松亮斑）
質疑
3.圓盤衍射——泊松亮斑
泊松
（光的微粒說派）
菲涅爾（光的波動說派）
明暗相間的不等距的同心圓環，中心有一個亮斑（泊松亮斑）
質疑
科學家們是在不斷質疑、不斷挑戰中逐漸走向真理的！
圓孔衍射、圓盤衍射
分類 圓孔衍射 圓盤衍射
衍射圖樣
條紋 明暗相間的環形條紋，中心均有亮斑 中心亮斑 中心亮斑較大 泊松亮斑較小
4.衍射的應用——光柵衍射
結構由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學儀器。
4.衍射的應用——光柵衍射
鳥類羽毛，昆蟲翅膀等都是來自微觀結構上同向排列的羽毛纖維或鱗片產生的衍射效應。
熟肉在切片過程中有肌肉纖維的斷裂，形成凹凸的條紋，當光線從合適的角度照射到這個斷面時，就會出現這種光學效應。
4.衍射的應用——X射線衍射
DNA晶體的X射線衍射照片
思考：用光學顯微鏡觀察微小物體（0.2微米）時，發現顯微鏡放大倍數是要受到限制的，這是為什么呢？
毫米級
微米級
納米級
拓展思考
物體的尺寸越接近光的波長，衍射現象越明顯，難以清楚看到輪廓，因此需要除了光學原理以外的儀器（掃描隧道顯微鏡等）。
光的波動性
光的干涉與衍射 現象 光的干涉 光的衍射
相同點 中央均為亮條紋；明暗相間；對稱分布 不同點 干涉條紋是等間距，各條紋的亮度相差不大
衍射條紋不等間距，中央條紋亮而寬，兩側條紋較暗較窄，對稱分布
思考
那么，光是橫波還是縱波呢？
機械波可以分為橫波和縱波
光的干涉
光的衍射
光具有波動性
橫波：振動方向總是垂直于波的傳播方向。
縱波：振動方向和波的傳播方向在同一直線。
橫波和縱波的區別
在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動的波叫波的偏振現象。
這個振動方向稱為“偏振方向”。
偏振現象
一種光學器件，有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能通過，這個方向叫做“透振方向”。
偏振片
光的偏振
偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動的光叫偏振光。
P
Q
自然光
偏振光
起偏器
檢偏器
光振動垂直于紙面
光振動在紙面內
光具有偏振性，光是橫波。
自然光（太陽、燈光等）：光振動沿各個方向均勻分布，不具有偏振性。
反射光：一般具有偏振性。
光的偏振
偏振現象的應用
未使用偏振鏡前
使用偏振鏡后
偏振現象的應用
立體3D電影
光的衍射
明顯衍射條件：障礙物或狹縫的尺寸比波長小或者跟波長相差不多。
單縫衍射圖樣特征
圓孔衍射圖樣
泊松亮斑
光的偏振
偏振光的特點
偏振光的獲得
偏振現象的應用
光是橫波
小結

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