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第四章 光及其應用
第6節 光的衍射和偏振
為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說“光沿直線傳播”呢？
光也是一種波，是否會產生衍射現象呢？
1.通過觀察光的衍射實驗，掌握有關于光的衍射有關的物理知識
2.掌握有關于光的偏振的物理知識
3.了解偏振光在實際生活中的應用
一、光的衍射
1. 光的衍射現象
光在傳播過程中，遇到障礙物或小孔時，會偏離原有直線傳播而繞障礙物后面的現象。
2. 光的單縫衍射現象
3. 單色光單縫衍射圖樣的特點：
（1）條紋不等間距；
（2）中央條紋亮而寬；
（3）兩側條紋較暗較窄，對稱分布；
（4）波長一定時，單縫越窄，衍射現象越明顯。
4.不同波長光的衍射圖樣：
（1）單縫不變，波長越大，衍射越明顯，中央亮紋越寬。
（2）白光的單縫衍射條紋為中央亮，兩側為彩色條紋，且外側呈紅色，靠近光源的內側為紫色．
不同色光的單縫衍射
5.單縫衍射與雙縫干涉圖樣比較：
名稱 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 現象 意義 障礙物或孔的尺寸比
波長小或跟波長差不多
頻率相同的兩列
光波相遇疊加
條紋寬度不等，中央最寬
條紋寬度幾乎相等
各相鄰條紋間距不等，越靠外條紋間距越小
各相鄰條紋等間距
中央條紋最亮，兩邊變暗
條紋清晰，亮度基本相同
都是光波疊加時加強或削弱的結果
都有明暗相間的條紋，條紋寬度和間距都隨波長變大而變寬
都是波特有的現象，表明光是一種波
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。
6.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.
7.圓盤衍射（泊松亮斑）
不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發生衍射，歷史上曾有一個著名的衍射圖樣——泊松亮斑．
實驗現象：在光束中放一個不透明圓盤在不透明圓盤的陰影后面，出現了一個亮斑。
圓孔衍射 圓盤衍射
圖樣
區別
相同 8.圓孔衍射與圓盤衍射圖樣比較
中央是大且亮的圓形亮斑，外側較暗
陰影中心有一個很小的亮斑(泊松亮斑)，外側明亮
不等間距的明暗相間條紋
二、光的偏振
1. 橫波的偏振性
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
（1）偏振片：一種由特殊的材料制成的元件,它有一個特殊的方向,叫作透振方向。當光的振動方向與透振方向平行時,光能完全通過偏振片;當光的振動方向與透振方向垂直時,光不能通過偏振片;當處于兩者之間時,光只能部分通過。
（2）偏振光：具有特定振動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
檢偏器
（3）自然光與偏振光的區別
自然光 偏振光
不同點 光的來源
光的振動方向
相同點 直接從光源發出的光
自然光通過偏振片后的光或由某種介質反射或折射的光
在垂直于光的傳播方向的平面內，光振動沿所有方向，且沿各個方向振動的光波的強度都相同
在垂直于光的傳播方向的平面內，光振動沿某個特定方向(與偏振片透振方向一致)
不管是自然光還是偏振光，傳播方向與振動方向一定垂直
三、偏振現象的應用
1.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
2.在汽車擋風玻璃上的應用
在夜間行車時，迎面開來的車燈眩光常常使司機看不清路面，容易發生事故。如果在每輛車燈玻璃上和司機坐席前面的擋風玻璃上安裝一塊偏振片，并使它們的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解決這一問題。
3.偏光太陽鏡
在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，常會使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以這些強烈的來自上空的散射光基本上是水平方向振動的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光。
4.3D立體電影也是利用了光的偏振原理。
3D 眼鏡
1. （多選）對下圖中所列光學現象的認識，正確的是（　　）
A．甲圖中，全息照片的拍攝利用了光的干涉原理，因此需要用激光進行拍攝
B．乙圖中，用白光照射不透明的小圓盤，在圓盤陰影中心出現一個亮斑是光的折射現象
C．丙圖中，用3D眼鏡看3D電影感受到的立體影像是利用了光的偏振現象
D．丁圖中，陽光下吹出的肥皂泡呈現出彩色花紋是光的全反射現象
AC
2. （多選）在抽制很細的金屬絲的過程中，可以用激光隨時監測抽絲的粗細情況。其裝置如圖甲所示，在抽絲機的細絲出口附近，用一束激光沿與細絲垂直的方向照射細絲，在細絲的另一側用光屏接收激光。工作人員通過觀察光屏上明暗相間亮斑的情況（如圖乙所示為沿激光傳播方向看到的光屏情況），便可知道抽制出的細絲是否合格。對于這種監控抽絲機的裝置，下列說法中正確的是（　?。?br/>A．這是利用光的直線傳播規律
B．這是利用光的衍射現象
C．如果屏上條紋變寬，表明細絲粗了
D．如果屏上條紋變寬，表明細絲細了
BD
3、如圖所示，兩光屏間放有兩個偏振片，它們四者平行共軸，現讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到固定不動的偏振片P上，再使偏振片Q繞軸勻速轉動一周，則關于光屏上光的亮度變化情況，下列說法中正確的是(　　)
A．光屏上光的亮度保持不變
B．光屏上光的亮度會時亮時暗
C．光屏上有兩條與偏振片P、Q透振方向對應的亮線
D．光屏上只有一條亮線隨偏振片轉動而轉動
B
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

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