光的衍射与偏振.ppt

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第五章第五章光的波动性光的波动性33、光的衍射与偏振、光的衍射与偏振产生明显衍射现象的条件是产生明显衍射现象的条件是：

障碍物或缝、孔的尺寸比波长障碍物或缝、孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多小或者跟波长相差不多问题问题1.1.什么是波的衍射现象？

什么是波的衍射现象？

激激光光束束调节狭调节狭缝宽窄缝宽窄狭缝狭缝像像屏屏取一个不透光的屏，取一个不透光的屏，在它的中间装上一个在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，宽度可以调节的狭缝，在缝后适当距离处放在缝后适当距离处放一个像屏，用平行的一个像屏，用平行的单色光照射。

单色光照射。

调节狭缝的宽窄，如果能在光屏上调节狭缝的宽窄，如果能在光屏上观察到比狭缝的观察到比狭缝的宽度宽得多的亮区宽度宽得多的亮区，就证明了光的衍射现象存在就证明了光的衍射现象存在。

单色光的衍射图样单色光的衍射图样:

1.两边是两边是对称的明暗相间条纹对称的明暗相间条纹。

2.中间中间亮纹最宽最亮亮纹最宽最亮。

3.亮条纹亮条纹强度和宽度向两边逐渐减小。

强度和宽度向两边逐渐减小。

1.单缝单缝衍射衍射衍射图样白光单缝衍射条纹：

白光单缝衍射条纹：

中间是中间是白色的条纹，两边是减弱很快白色的条纹，两边是减弱很快的彩色条纹。

的彩色条纹。

观察下列衍射图样，分析衍射规律：

观察下列衍射图样，分析衍射规律：

不同色光的单缝衍射不同色光的单缝衍射不同缝宽的单缝衍射不同缝宽的单缝衍射11、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大22、单单缝缝不不变变时时，波波长长越越长长的的中中央央亮亮纹纹越越宽宽，条条纹纹间间隔隔越越大大33、白白炽炽灯灯的的单单缝缝衍衍射射条条纹纹：

中中央央为为白白色色亮亮纹纹，两两侧侧为为彩彩色条纹色条纹2.圆孔衍射圆孔衍射光通过圆孔光通过圆孔（小到一定程度小到一定程度）在屏上会出现：

在屏上会出现：

中中间较亮，周围明暗相间的圆环间较亮，周围明暗相间的圆环，且亮且亮度小。

度小。

这些圆环达到的范围远远超过根据光的这些圆环达到的范围远远超过根据光的直线传播所应照明的面积。

直线传播所应照明的面积。

3.泊松亮斑泊松亮斑光照到不透明的小光照到不透明的小圆板上，圆板上，在屏上圆在屏上圆板的阴影中心，有板的阴影中心，有一个亮斑一个亮斑，这个亮，这个亮斑取名叫泊松亮斑斑取名叫泊松亮斑不不只只是是狭狭缝缝和和圆圆孔孔，各各种种不不同同形形状状的的物物体体都都能能使使光光发发生生衍衍射射，以以至至使使影影的的轮轮廓廓模模糊糊不不清清，其其原原因因是是光光通通过过物物体体的的边边缘缘而而发发生生衍衍射射的的结结果果历历史史上上曾曾有有一一个个著著名名的的衍衍射射图图样样泊松亮斑泊松亮斑在在障碍物的尺寸比光的波长障碍物的尺寸比光的波长小或跟光的波长相差不多小或跟光的波长相差不多的时的时候出现明显的衍射现候出现明显的衍射现象。

象。

二二.光发生明显衍射的条件光发生明显衍射的条件衍射现象1.双缝干涉图样特点双缝干涉图样特点：

2.单缝衍射图象特点单缝衍射图象特点：

三三.光的干涉和光的衍射的比较光的干涉和光的衍射的比较3.3.双缝干涉和单缝衍射双缝干涉和单缝衍射都是光波叠加的都是光波叠加的结果结果,只是干涉条纹是只是干涉条纹是有限的几束光有限的几束光的叠加的叠加,而衍射条而衍射条纹可认为是纹可认为是极多且复杂的相干光极多且复杂的相干光的叠加。

的叠加。

明暗相间、中间较宽较亮，两明暗相间、中间较宽较亮，两边对称亮度和宽度逐渐减弱边对称亮度和宽度逐渐减弱明暗相间、等间距等亮度明暗相间、等间距等亮度红光红光小结小结:

光光的的衍衍射射单缝衍射单缝衍射圆孔衍射圆孔衍射泊松亮斑泊松亮斑明显衍射条件明显衍射条件例例1、在双缝干涉实验中，以白光为光源，、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹在屏幕上观察到了彩色干涉条纹.若在双缝若在双缝中的一缝前放一红色滤光片中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片，另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光只能透过绿光），这时，这时（）A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在色的干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮上仍有光亮D.屏上无任何光亮屏上无任何光亮C22对于衍射现象的分析正确的是对于衍射现象的分析正确的是AA光的衍射是光离开直线路径绕到障碍光的衍射是光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象物阴影里去的现象BB光的衍射完全否定了光的直线传播的光的衍射完全否定了光的直线传播的结论结论CC光的衍射为光的波动说提供了有力的光的衍射为光的波动说提供了有力的证据证据DD光的衍射条纹图样是光波相叠加的结光的衍射条纹图样是光波相叠加的结果果ACD3.一个不透光的薄板上有两条平行的窄缝，有一一个不透光的薄板上有两条平行的窄缝，有一频率单一的红光通过两窄缝在与薄板平行的屏频率单一的红光通过两窄缝在与薄板平行的屏上呈现明暗相间的间隔均匀的红色条纹，若将上呈现明暗相间的间隔均匀的红色条纹，若将其中一窄缝挡住让另一缝通过红光，则在屏上其中一窄缝挡住让另一缝通过红光，则在屏上可观察到（可观察到（）A明暗与原来相同，间隔均匀的红色条纹明暗与原来相同，间隔均匀的红色条纹B明暗与原来不相同，间隔不均匀的红色条纹明暗与原来不相同，间隔不均匀的红色条纹C一条红色的条纹一条红色的条纹D既无条纹，也不是一片红光，而是光源的像既无条纹，也不是一片红光，而是光源的像B44单色光照射单缝衍射时单色光照射单缝衍射时AA狭缝越窄衍射现象越明显狭缝越窄衍射现象越明显BB狭缝越宽衍射现象越明显狭缝越宽衍射现象越明显CC照射的光的波长越长衍射现象越明照射的光的波长越长衍射现象越明显显DD照射的光的频率越高衍射现象越明照射的光的频率越高衍射现象越明显显AC55用黄色光照射不透明的圆板时在用黄色光照射不透明的圆板时在圆板的背影中圆板的背影中恰能恰能观察到黄色光斑，观察到黄色光斑，若分别用红色光若分别用红色光,绿色光和紫色光照射绿色光和紫色光照射圆板一定能观察到光斑的是：

圆板一定能观察到光斑的是：

AA红色光红色光BB绿色光绿色光CC紫色光紫色光DD三种色光都能三种色光都能A11、光的干涉现象和衍射现象说、光的干涉现象和衍射现象说明了什么问题？

明了什么问题？

光具有波动性光具有波动性22、光是横波还是纵波，怎样证、光是横波还是纵波，怎样证明？

明？

实验：

取一根软绳，一端固取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软端上下抖动，就在软绳上形成一列横波绳上形成一列横波.现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧（图甲）如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被侧（图甲）如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播（图乙）狭缝挡住而不能向前传播（图乙）如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧（如下波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧（如下图）图）当只有一块偏振片时，以光当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变透射光的强度不变当两块偏振片的透振方向平当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时但是，比通过一块偏振片时要弱要弱当两块偏振片的透振方向垂当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，直时，透射光的强度最弱，几乎为零几乎为零.所以，光是一种横波所以，光是一种横波产生上述现象的原因11、太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传、太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在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叫做的光波的强度都相同这种光叫做自然光自然光.在在垂直传播方向的平面内垂直传播方向的平面内:

各个方向各个方向的光振动全有的光振动全有各个振动各个振动方向的强度相等方向的强度相等乱乱是各个振动是各个振动的的无规混杂无规混杂22、自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之、自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过也就是说，通过第一个偏振片光波才能通过也就是说，通过第一个偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动这种光叫做一个特定的方向振动这种光叫做偏振光偏振光横横波波只只沿沿着着某某一一个个特特定定的的方方向向振振动动，称称为为波波的的偏偏振振只只有有横横波波才才有有偏偏振现象振现象一、光的偏振一、光的偏振33、通通过过第第一一个个偏偏振振片片的的偏偏振振光光再再通通过过第第二二个个偏偏振振片片（称称为为检检偏偏器器）时时，如如果果两两个个偏偏振振片片的的透透振振方方向向平平行行，那那么么，通通过过第第一一个个偏偏振振光光的的振振动动方方向向跟跟第第二二个个偏偏振振片片的的透透振振方方向向平平行行，透透射射光光的强度最大的强度最大44、如如果果两两个个偏偏振振片片的的透透振振方方向向垂垂直直，那那么么，偏偏振振光光的的振振动动方方向向跟跟第第二二个个偏偏振振片片的的透透振振方方向向垂垂直直，偏偏振振光光不不能能通通过过第第二二个个偏偏振振片片，透透射射光光的的强度为零强度为零所以，光是一种横波所以，光是一种横波光波是横波，光波是横波，E、H、v三者都是垂直的。

三者都是垂直的。

在光波里，可引起人的视觉的只有在光波里，可引起人的视觉的只有E矢量（光矢量）。

矢量（光矢量）。

光光矢矢量量振振动动面面v0HE光是横波的另一种理解：

光是横波的另一种理解：

光源直接发光-自然光通常看到的绝大多数光-偏振光1）一般入射角的情况一般入射角的情况反射光反射光折射光都是折射光都是部分部分偏振光偏振光布儒斯特定律布儒斯特定律:

2）反射光线与折射光线垂直反射光线与折射光线垂直两光偏振状态两光偏振状态:

反射光反射光-完全偏振光完全偏振光折射光折射光-部分偏振光部分偏振光照相时，有关偏振的应用照相时，有关偏振的应用立体电影与光的偏振立体电影与光的偏振汽车驾驶员，有关偏振的应用汽车驾驶员，有关偏振的应用日常生活中应用偏振光的实例：

日常生活中应用偏振光的实例：

液晶显示液晶显示二、偏振光的应用二、偏振光的应用照相机镜头前装一片偏振滤光片可减弱反射光，照相机镜头前装一片偏振滤光片可减弱反射光，使相片更清晰使相片更清晰例如拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，例如拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不清楚如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片清楚如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把这些的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把这些反射光滤掉，而摄得清晰的照片；此外，还有立体电反射光滤掉，而摄得清晰的照片；此外，还有立体电影、消除车灯眩光等等影、消除车灯眩光等等汽车车灯汽车车灯汽汽车车夜夜间间在在公公路路上上行行驶驶与与对对面面的的车车辆辆相相遇遇时时，为为了了避避免免双双方方车车灯灯的的眩眩目