光的衍射和偏振 ppt课件

• 三、自然光和偏振光的比较 • 自然光和偏振光的比较见表：
自然光(非偏振光)
偏振光
光的 来源
直接从光源发出的光
自然光通过偏振器后 的光
光的 振动 方向
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 个方向振动的光强度 都相同
在垂直于光的传播方
向的平面内，光振动 沿某一特定方向(与偏 振器透振方向一致)
• 三、光的偏振 • 横波和纵波的特点
● (1)横波：各点的振动方向总是与波的传播方向__垂__直_． ● (2)纵波：各点的振动方向总是与波的传播方向__在__同__一_ ● 条__直__线___上．
• 自然光和偏振光 ● (1)自然光：太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包
● 含着在垂直传___播__方__向_上沿_各__个_方向振动的光，而且沿各 ● 个方向振动的光波__强__度_相同．
几种常见的衍射现象 (1)单缝衍射
● ①用单色光照的现象：中间条纹又宽又亮的明暗相间的条纹．
● ②用白光照的现象：中间白色亮条纹(又宽又亮)，两边彩色
● 的条纹．
● (2)小孔衍射：明暗相间的圆形条纹，中央为圆形亮斑．
● (3)圆板衍射：圆形阴影中心有一_亮__斑__，称为_泊__松___亮__斑_．
• 二、衍射光栅
● 构成：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
●
特 点 ： 它 产 生 的 条 纹 比 单 缝 衍 射 条 纹 宽 度 _ _ ，窄亮 度 _ _ _高， 所
● 以_分__辨__程__度__高___，__便__于__测__量_．
● 种类： __透__射__光__栅_和____反__射__光_．栅
特别提醒 (1)偏振现象在生活中非常普遍，并不是 只有自然光通过偏振片后才变为偏振光，生活中除光 源直接发出的光外，我们看到的绝大部分光都是偏振 光，如自然光射到水面时的反射和折射光线，尤其是 二者互相垂直时，都是典型的偏振光，并且是完全偏 振光，振动方向相互垂直．

深化拓展
栏目索引
答案 D 金属丝圈的转动,改变不了肥皂液薄膜的上薄下厚的形状,由
干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关,仍然是 水平的干涉条纹,A、B、C错误,D正确。
深化拓展
2-2 (多选)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫 起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入,如图所示,这时可以看到亮暗相
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第2讲 光的干涉、衍射 和偏振
知识梳理
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一、光的干涉
1.光的干涉:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被加强,出现亮条纹, 某些区域的光被减弱,出现暗条纹,且加强区域和减弱区域互相间隔的
现象叫做光的干涉现象。
2.干涉的条件:两列① 频率相同 、振动步调差别恒定(即相位差恒 定)的光相遇。
2.用如图所示的装置来观察光的双缝干涉现象时,以下推断正确的是
( A)
A.狭缝屏的作用是使入射光到达双缝屏时,双缝就成了两个振动情况总
是相同的光源
B.若入射光是白光,则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹 C.像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时,该点处一定是
亮条纹 D.双缝干涉中亮条纹之间的距离相等,暗条纹之间的距离不相等
光的直线3.传下播面现象四、种反射光现现象 象,与光的干涉有关的是 (
3-1 如图所示,a、b、c、d四个图样是不同的单色光形成的双缝干涉
)
C
或单缝衍射图样。
用平行光照射不透光的小圆盘,在圆盘的影的中心形成泊松亮斑
(1)检查精密零件的表面是否平整
(2)水平状的明暗相间的条纹,同一条纹对应薄膜的厚度相等。
n 生全反射,选项A、B、D错误。条纹间距Δx= λ,λ红>λ紫L ,因此Δx红>Δx紫,C

【规范解答】选D.光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光， 而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能 发生干涉、衍射，所以A错．光的偏振现象并不罕见，除了从 光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏 振光，所以B错．光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向 无关，所以C错．自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底 片感光,D正确.
（3）泊松亮斑：障碍物的衍射现象. 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，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. 2.产生明显衍射现象的条件 障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长_相__比__，甚至比光的波长还 要_小__.
偏振光
光的来源
直接从光源 发出的光
自然光通过起偏器后的 光或由某种介质反射或 折射的光
在垂直于光的传播方
在垂直于光的传播方向
光的振 动方向
向的平面内，光振动沿所 的平面内，光振动沿某 有方向，且沿各个方向振 个特定方向（与起偏器 动的光波的强度都相同 透振方向一致）
【特别提醒】 (1)生活中除光源直接发出的光外，我们看到的 绝大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的反射和折射光 线，尤其是二者互相垂直时，都是典型的偏振光，并且是完全 偏振光，振动方向相互垂直. (2)只有横波才能发生偏振现象，光是横波.
3.光的衍射现象和光的直线传播的关系 光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比_障__碍__物__或_小__ _孔__尺寸小的多时，光可以看成沿直线传播；在小孔或障碍物尺 寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，_衍__射__现象就十分明 显.
二、光的偏振 1.偏振现象 （1）自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着 在垂直于传播方向上沿_一__切__方__向__振__动__的光，而且沿各个方向振 动的光波的_强__度__都相同. （2）偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播 方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光.自然光在玻璃、 水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是_偏__振__光，入射角 变化时偏振的程度也有所变化. （3）只有横波才有偏振现象.

3. 观察光屏上的衍射现象，记录明暗相间的条纹。同时 ，通过偏振片观察激光的偏振现象，记录光线的变化。
THANKS
感谢观看
衍射原理
当激光通过一个小缝或障碍物时，会以类似水波的方式绕过障碍物 ，形成衍射现象。
衍射实验
通过实验可以观察到激光的衍射现象，如圆环、明暗相间的条纹等 。
激光在光学中的应用
光学通信
利用激光的方向性和单色性，可以进行远距离的光纤通信，传输 大量信息。
光学测量
利用激光的衍射现象，可以进行微小物体的测量和定位。
的变化规律。
03
激光的衍射
激光的特性
方向性
激光具有很强的方向性，光束的发散角很小，能 够以很窄的光束传播。
单色性
激光的波长很窄，具有很高的单色性，有利于进 行精确的测量和实验。
高亮度
激光的亮度比普通光源要高得多，可以在很远的 距离上产生显著的影响。
激光的衍射现象
光的波动性
激光也具有光的波动性，可以发生衍射现象。
偏振光
光波电矢量在垂直于传播 方向的平面上，其振动的 方向是单一的，或相互垂 直的。
偏振原理的应用
光学仪器、光学元件的制 造和光学测量。
偏振的应用
液晶显示
利用液晶的电光效应，通过改变 液晶分子的排列方向来改变光的 偏振状态，从而实现图像显示。
光学纤维
利用光的偏振效应进行信息传输， 具有传输容量大、抗干扰能力强等 优点。
06
教学实验设计
光的衍射实验
实验目标：通过实验观察光的衍射现象，了解光的波动特 性。
实验原理：当光通过窄缝或绕过障碍物时，会产生衍射现 象，形成明暗相间的条纹。
实验步骤
1. 准备实验器材：单缝、双缝、凸透镜、光屏等。

3、下列属于光的衍射现象的是（ DE ） A 雨后天空出现的绚丽的彩虹 B 阳光下肥皂膜上的彩色条纹 C 太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹 D 眼睛透过纱巾看到的灯光的条纹 E 眼睛眯成一条线看到的发光的电灯周围有 彩色花纹
4、下列关于单缝衍射的说法中，正确的是 （D） A 和光的双缝干涉图样相同
当障碍物的尺寸可以跟光的波长相比， 甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分 明显，这时就不能说光沿直线传播了。
五、衍射光栅
单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央条 纹较远处的条纹亮度也很低，不能达到实用要 求。
实验表明，增加狭缝的个数，衍射条纹的 宽度将变窄，亮度将增加。
• 衍射光栅是由许多等宽 的狭缝等距离的排列起来 形成的光学仪器。可分为 透射光栅和反射光栅。
B 各亮条纹的宽度不同而亮度相同
C 各亮条纹的宽度相同而亮度不同
D 中央亮条纹的宽度最宽，亮度最亮
5、用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验 时，在光屏上得到衍射图形，它们的特征是 （ B）
A．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中 央是亮的
B．中央均为亮点的同心圆形条纹
C．中央均为暗点的同心圆形条纹
D．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中 央是暗的
腰横别扁担进不了
2.什么是光的偏振现象?
实验二:让光源的光通过一片偏振片 (※)
现象:偏振片无论如何转动,光线不会 发生变化 结论:在垂直于光的传播方向的平面
泊松亮斑
光照到不透明的 小圆板上，形成明暗 相间的间距不等的同 心圆环，在屏上圆板 的阴影中心，有一个 亮斑，这个亮斑叫 “泊松亮斑”
想一想：
为什么我们说光沿直线传播是有条件的？
我们通常所说“光沿直线传播”只是一 种特殊情况，光在没有障碍物的均匀介质中 是沿直线传播的。

偏振片:由特定的材料制成，它 上面有一个特殊的方向（叫做 透振方向），只有振动方向与 透振方向平行的光波才能通过 偏振片．偏振片对光波的作用 就像狭缝对于机械波中绳波的 作用一样．
• 当只有一块偏振片时， 以光的传播方向为轴旋 转偏振片，透射光的强 度不变．但亮度比没有 加偏振片时要暗一些。
当加两块偏振片时，透射 光的强度比通过一块偏振 片时要弱．透振方向平行 时，透射光的强度最大．
如果两玻璃板之间加上 电压，分子排列方向将与 电场方向平行，光线由于 不能扭转将不会通过第二 个极板．
单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？
入射波长变化，衍射效应如何变化 ?
越大，1越大，衍射效应越明显.
偏振现象的应用：液晶显示
• 液晶显示器就是利用 这一特性，在上下两 片栅栏相互垂直的偏 光板之间充满液晶， 利用电场控制液晶的 转动．不同的电场大 小就会形成不同的灰 阶亮度．
第六节 光的衍射和偏振
复习：机械波的衍射现象
机械波可以绕过小孔或障碍物而继续向 前传播的现象, 叫做波的衍射.
产生明显衍射现象的条件：
只有缝的宽度或障碍物的 尺寸跟波长相差不多,或者比波 长更小时，波将产生明显的衍 射现象。
图中的波长λ
(两亮条纹间距离)
缝的宽度d
尺寸接近
明显衍射
圆孔
S
*
单缝
S
1.光的衍射：光离开直线路径绕到障碍物 阴影区域内继续传播的现象叫做光的衍射。
任何障碍物都可以使光发生衍射，衍 射现象是波所特有的现象。 2.产生明显衍射的条件：障碍物或小孔的 尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小。
1、单缝衍射条纹的特征
(1)、中央亮纹宽而亮． (2)、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．

二、 光的偏振
知识精要 自然光和偏振光的比较
自然光(非偏振光)
光的来 源
直接从光源发出的光
在垂直于光的传播方向的
光的振 平面内,光振动沿所有方
动方向 向,且沿各个方向振动的
光波的强度都相同
偏振光 自然光通过起偏器后的光或 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,光振动沿某个特定方向 (与起偏器透振方向一致)
答案:BD
思悟升华 区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法 (1)根据条纹的宽度区分:双缝干涉的条纹是等宽的,条纹间的距 离也是相等的;而单缝衍射的条纹,中央亮条纹最宽,两侧的条纹变窄。 (2)根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央亮纹往两侧亮 度变化很小;而单缝衍射条纹中央亮纹最亮,两侧的亮纹逐渐变暗。
(2)圆孔衍射图样
①明暗相间的同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹的亮度越弱,宽度 越小。如图所示。
②只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大 直径逐渐减小到无的过程中,光屏依次得到几种不同的现象——圆 形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍 射图样)、完全黑暗。
(3)不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑) ①中央是亮斑。 ②在阴影周围是明暗相间的圆环,如图。
解析:衍射图样是很复杂的光波的叠加现象,选项 A 正确;双缝干 涉中每条缝中透过的光自身必然发生衍射,因为它完全符合衍射的 条件,选项 B 正确;发生明显的衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺 寸比光波波长小或相差不多,选项 C 错误;影的存在与衍射条纹是光 波在不同条件下的表现,选项 D 错误。
答案:AB
4.常见的衍射图样有哪些?
答案:(1)单缝衍射图样 ①中央条纹最亮,越向两边越暗;条纹间距不等,越靠外,条纹间 距越小。 ②缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮纹的亮度 降低。 ③中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度 有关,入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越 大。 ④用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹, 中央亮条纹仍然最宽、最亮。

(2)缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮条纹的亮度降低。
(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关。入射
光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。
(4)用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条
纹仍然最宽、最亮。
2.圆孔衍射
(1)圆孔衍射
如图所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图甲所示的情形,无明显
的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射
图样,为明暗相间的圆环。
(2)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。
经偏振
片后现
象比较
偏振光
比较项 自然光
偏振光
如上图所示,通过偏振片
如上图所示,偏振光经偏振片后,若偏振
经偏振 后,自然光就变成了偏振
方向与透振方向平行,屏亮;若垂直,则屏
片后现 光,转动偏振片,偏振光的 暗;若介于两者之间,则屏上亮度介于两
象比较 亮度不变,但偏振方向随
之变化
者之间并随偏振方向与透振方向夹角的
垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的
强度都相同。这种光是“自然光”。
(2)偏振片:由特定的材料制成的光学仪器。
(3)偏振片的透振方向:个偏振片都有一个特定的方向,沿着这个方向振
动的光波能顺利通过偏振片,偏振方向与这个方向垂直的光不能通过,这个
方向叫作“透振方向”。
(4)偏振光:①通过偏振片的光波,在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特