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第四章 光及其應用
第6節 光的衍射和偏振
昆蟲的薄翼在陽光下為什么熠熠生輝？
七彩祥云和星芒是怎么形成的？
1.觀察光的衍射現象,認識衍射條紋的特點
2.知道產生明顯衍射的條件,知道自然光和偏振光的區別
3.了解光的偏振的應用
一、光的衍射
（1）現象:
①當狹縫較寬時：觀察屏上是一條亮的光帶
②狹縫不斷變窄時：觀察屏上會出現中央亮且寬、兩邊對稱分布、明暗相間的光帶
1.光的狹縫衍射
這表明光繞過了狹縫邊緣傳播,而不是沿直線傳播，這就是光的狹縫衍射。
（2）狹縫衍射圖樣的特點
①中央條紋最亮、越向兩邊越暗;中央條紋最寬,越靠外,條紋間距越窄.
②縫變窄,通過的光變少,而光分布的范圍更寬,所以亮條紋的亮度降低.
③中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關.入射光波長越長,單縫越窄,中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大.
　 中央寬且亮,兩邊窄且暗
　衍射越明顯
④用白光做單縫衍射時,中央亮條紋是白色的,兩邊是彩色條紋,中央亮條紋仍然最寬、最亮
如果將狹縫換成大小可調的圓孔，當圓孔足夠小時，同樣能觀察到中央為明顯的亮斑、周圍是明暗相間的圓形光環的圖樣。和光線通過狹縫傳播相似，圓形光環的圖樣遠大于通過圓孔時按照直線傳播所能照亮的區域，這就是光的圓孔衍射現象。
2.光的圓孔衍射
圓孔衍射的圖樣特征
①單色光的圓孔衍射圖樣:中央亮圓的亮度大,外面是明暗相間的不等距的圓環.越向外,圓(亮)環亮度越低.
②白光的圓孔衍射圖樣:中央亮圓為白色,周圍是彩色圓環.
3.圓盤衍射
(1)各種不同形狀的障礙物都能使光發生衍射,致使影的輪廓的邊緣模糊不清,若在單色光(如激光)傳播途中放一個較小的圓形障礙物,會發現在影的中心有一個亮斑,這就是著名的泊松亮斑,如圖所示.
(2)形成泊松亮斑時,圓板陰影的邊緣是模糊的,在陰影外還有
不等間距的明暗相間的圓環.
圓孔衍射、圓盤衍射的區別
分類 圓孔衍射 圓盤衍射
衍射圖樣
條紋 中心亮斑
明暗相間的環形條紋，中心均有亮斑
中心亮斑較大
泊松亮斑較小
思考：在光的干涉和衍射實驗中均可觀察到明暗相間的條紋,下列三幅圖樣中哪幅為光的雙縫干涉圖樣,哪幅為光的單縫衍射圖樣
甲為光的雙縫干涉圖樣;乙為光的單縫衍射圖樣.
4.單縫衍射和雙縫干涉的比較
單縫衍射與雙縫干涉的比較
比較項 單縫衍射 雙縫干涉
不 同 點 產生條件
條紋寬度
條紋間距
亮度
相 同 點 成因 意義 光波的波長越長,干涉條紋、衍射條紋的寬度都變大.
只要狹縫足夠小，
任何光都能發生
頻率相同的兩列光波相遇疊加
條紋寬度不等，中央最寬
條紋寬度相等
各相鄰條紋間距不等
各相鄰條紋等間距
中央條紋最亮，兩邊變暗
條紋清晰，亮度基本相等
都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的結果
都是波特有的現象，表明光是一種波
5.發生明顯衍射的條件
當障礙物的尺寸與光的波長相當,甚至小于光的波長時,衍射現象將十分明顯.
思考：光遇到小孔、單縫或障礙物時,衍射現象可能發生,也可能不發生,這種說法對嗎
光遇到小孔、單縫或障礙物時,衍射現象都會發生,只有明顯與不明顯之分.
6.區分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法
(1)根據條紋的寬度區分:雙縫干涉的條紋是等寬的,條紋間的距離也是相等的;而單縫衍射的條紋,中央明條紋最寬,兩側的條紋變窄.
(2)根據明條紋的亮度區分:雙縫干涉條紋,從中央明紋往兩側亮度變化很小;而單縫衍射條紋中央明紋最亮,兩側的明紋逐漸變暗.
繩波的振動方向與狹縫的方向平行時，傳播情況正常；振動方向與狹縫方向垂直時，繩波經過狹縫后消失。這種現象叫做偏振現象
（1）偏振現象：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。
（2）偏振方向：橫波的振動方向稱為偏振方向。
狹縫的方向影響橫波的傳播
二、偏振
1.波的偏振
一列縱波，以這列縱波的傳播方向為軸，無論我們怎么旋轉第二塊木板，縱波都能通過。
也就是說縱波不發生偏振現象！
1.波的偏振
（3）偏振現象是橫波獨有的特征，故利用偏振現象可判斷一列波是橫波還是縱波。
思考：光波是橫波還是縱波？
橫波能夠發生偏振現象而縱波不能發生偏振現象
1.波的偏振
一種由高分子薄膜制成的光學器件，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能通過偏振片，這個方向叫做“透振方向”。
（1）偏振片：
太陽、電燈、普通光源發出的光包含了垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且各個方向振動的光波強度都相同，這種光叫自然光。
偏振片
實物
示意圖
箭頭表示透振方向
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。
若光的振動方向與偏振片Q的透振方向平行，屏是亮的
起偏器
檢偏器
Q
P
自然光
偏振光
自然光不是偏振光！
起偏器
檢偏器
若光的振動方向與偏振片Q的透振方向垂直，屏是暗的
光的偏振實驗
兩偏振片偏振方向情況：
（1）偏振風向相同時，光屏最亮；
（2）偏振方向垂直時，光屏最暗
實驗結論：光是橫波
比較 自然光 偏振光
成因
振動方向
3.自然光和偏振光的區別
從普通光源(如太陽、電燈等)直接發出的光
自然光通過偏振片后就變成了偏振光，一般反射光、折射光均為偏振光
在垂直于傳播方向上沿著各個方向振動
在垂直于傳播方向的平面內只有一個振動方向
1.汽車偏振光玻璃：汽車駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規定它們的偏振方向都沿同一方向并與水平面成45°角，那么，司機從前窗只能看到自已的車燈發出的光，而看不到對面車燈的光，可以保證安全行車。
未裝偏振照明燈的情景
安裝偏振照明燈的情景
三、偏振光的應用
2.照相機偏光鏡頭：
玻璃門表面的反光很強，用偏光鏡頭消除了反射偏振光使玻璃門內的人物清晰可見。
未使用偏光鏡頭的效果
使用偏光鏡頭的效果
3.立體電影：偏振式3D技術是利用光的偏振原理來分解原始圖像的。
在拍攝時，用兩個透振方向互相垂直的鏡頭同時拍攝影像；在放映時，通過兩個放映機同步放映，使略有差別
的兩段影像重疊在銀幕上，當觀眾戴上
偏振眼鏡時，人的左右眼分別收到兩組
相應的偏振光影像像，最后經過大腦合成
立體影像。
1.觀察單縫衍射現象時,把縫寬由0.2 mm逐漸增大到0.8 mm,看到的現象是(　　)
A.衍射條紋的間距逐漸變小,衍射現象逐漸不明顯
B.衍射條紋的間距逐漸變大,衍射現象越來越明顯
C.衍射條紋的間距不變,只是亮度增強
D.以上現象都不會發生
A
2.下列哪種現象不是由于衍射形成的(　　)
A.通過兩支鉛筆中間的狹縫觀察發光的日光燈會看到彩色條紋
B.光照在不透光的小圓盤上,在其后面陰影中心會出現小亮點
C.在白熾燈的照射下從兩塊捏緊的玻璃板表面能看到彩色條紋
D.聲音能夠繞過障礙物傳播
C
3.(多選)關于自然光和偏振光,以下說法正確的是(　　)
A.自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,但是沿各個方向振動的光波的強度可以不同
B.偏振光是垂直于傳播方向上,只沿著某一特定方向振動的光
C.自然光透過兩個偏振片后可還原為自然光
D.太陽、電燈等普通光源發出的光都是自然光
BD
4.(多選)如圖所示,電燈S發出的光先后經過偏振片A和B,人眼在P處迎著入射光方向,看不到光亮,則(　　)
A.圖中a光為偏振光
B.圖中b光為偏振光
C.以SP為軸將B轉過180°后,在P處將看到光亮
D.以SP為軸將B轉過90°后,在P處將看到光亮
BD

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