届高中物理第专题复习选修34第12章 第4课时.docx
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届高中物理第专题复习选修34第12章第4课时
第4课时 光的干涉 衍射和偏振
导学目标1.掌握光的干涉现象产生的条件,特别是双缝干涉中出现明暗条纹的条件及判断方法.2.掌握光产生明显衍射的条件,以及衍射与干涉现象的区别.3.掌握光的偏振现象,了解偏振在日常生活中的应用.
一、光的干涉
[基础导引]
1.在双缝干涉实验中,光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10-7m,如果用频率6.0×1014Hz的黄光照射双缝,试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹.
2.描绘地势高低可以用等高线,描绘静电场可以用等势线,薄膜干涉条纹实际上是等厚线,同一干涉条纹上各个地方薄膜的厚度是相等的.利用光的干涉检查平整度时,观察到了干涉条纹的形状,就等于知道了等厚线的走向,因而不难判断被检测平面的凹下或凸出的位置.为什么薄膜干涉条纹是等厚线?
[知识梳理]
1.双缝干涉:
由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是________的相干光波.屏上某点到双缝的路程差是________________时出现亮条纹;路程差是半波长的________时出现暗条纹.相邻的明条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝的距离l之间的关系为____________.
2.薄膜干涉:
利用薄膜(如肥皂液薄膜)____________反射的光相遇而形成的.图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度________.
特别提醒 1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样.
2.单色光形成明暗相间的干涉条纹,白光形成彩色条纹.
二、光的衍射
[基础导引]
太阳光照着一块遮光板,遮光板上有一个较大的三角形孔.太阳光透过这个孔,在光屏上形成一个三角形光斑.请说明:
遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时,光屏上的图形将怎样变化?
说出其中的道理.
[知识梳理]
1.光________________________________的现象叫光的衍射.
2.发生明显衍射的条件:
只有在障碍物的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多的条件下,才能发生明显的衍射现象.
3.泊松亮斑:
当光照到不透光的小圆板上时,在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环).
特别提醒 1.光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹,但光学本质不同.
2.区分干涉和衍射,关键是理解其本质,实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分.
三、光的偏振
[基础导引]
市场上有一种太阳镜,它的镜片是偏振片.偏振片与普通的有色玻璃片相比有什么优点?
安装镜片时它的透振方向应该沿什么方向?
利用偏振眼镜可以做哪些实验、做哪些检测?
[知识梳理]
1.偏振:
光波只沿____________的方向振动,称为光的偏振.
2.自然光:
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____________振动的光,而且沿各个方向振动的光波的________都相同,这种光叫做自然光.
3.偏振光:
在________于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光,叫做偏振光.光的偏振证明光是________.自然光通过偏振片后,就得到了偏振光.
特别提醒 1.自然光通过偏振片后,就变成了偏振光.
2.平时我们所见的光,除直接从光源射来的以外都是不同程度的偏振光.
考点一 光的干涉
考点解读
1.明暗条纹的判断方法
(1)单色光
a.如图1所示,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2…)时,光屏上出现明条纹.
b.光的路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2…)时,光屏上出现暗条纹.
图1
(2)白光:
光屏上出现彩色条纹.
(3)中央条纹为明条纹.
2.双缝干涉是等间距的,相邻明条纹(或暗条纹)间的距离与波长成正比(装置已确定的情况下).利用双缝干涉实验可测量光波的波长.
3.薄膜干涉
(1)如图2所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上
薄下厚的楔形.
图2
(2)光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA′和后表面BB′分
别反射出来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.
(3)原理分析
①单色光
a.在P1、P2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍.
Δr=nλ(n=1,2,3…),薄膜上出现明条纹.
b.在Q处,两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍.Δr=(2n+1)(n=0,1,2,3…),薄膜上出现暗条纹.
②白光:
薄膜上出现水平彩色条纹.
4.薄膜干涉的应用
干涉法检查平面如图3所示,两板之间形成一楔形空气膜,
用单色光从上向下照射,如果被检平面是平整光滑的,我们
会观察到平行且等间距的明
图3
暗相间的条纹;若被检平面不
平整,则干涉条纹发生弯曲.
典例剖析
例1 如图4所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上
的一点,已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10-6m,分别用A、B
两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P点是亮条纹还是暗条
纹?
图4
(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7m;
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7m,当B光从这种介
质射向空气时,临界角为37°;
(3)若让A光照射S1,B光照射S2,试分析光屏上能观察到的现象.
跟踪训练1 如图5所示,在双缝干涉实验中,已知SS1=SS2,且S1、
S2到光屏上P点的路程差Δr=1.5×10-6m.
(1)当S为λ=0.6μm的单色光源时,在P点处将形成______条纹.
图5
(2)当S为λ=0.5μm的单色光源时,在P点处将形成______条纹.(均
选填“明”或“暗”)
例2 用某一单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间距离为0.25mm,在距离双缝为1.2m处的光屏上,测得5条亮纹间的距离为7.5mm.求这种单色光的波长.
探究所得 掌握条纹间距公式Δx=λ.
跟踪训练2 薄膜干涉在科学技术上有很大应用.如图6甲是干涉法检查平面示意图,图乙是得到的干涉图样,则干涉图样中条纹弯曲处的凹凸情况是______.(选填“上凸”或“下凹”)
图6
考点二 衍射与干涉的比较考点解读
1.衍射与干涉的比较
两种现象比较项目
单缝衍射
双缝干涉
不
同
点
条纹宽度
条纹宽度不等,中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮,两边变暗
条纹清晰,亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹
特别提醒 1.白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹,但光学本质不同.
2.区分干涉和衍射,关键是理解其本质,实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分.
2.干涉与衍射的本质:
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,从本质上讲,衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理.在衍射现象中,可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹.
典例剖析
例3 在杨氏双缝干涉实验中,如果( )
A.用白光作为光源,屏上将呈现黑白相间的条纹
B.用红光作为光源,屏上将呈现红黑相间的条纹
C.用红光照射一条狭缝,用紫光照射另一条狭缝,屏上将呈现彩色条纹
D.用紫光作为光源,遮住其中一条狭缝,屏上将呈现间距不等的条纹
跟踪训练3 在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样,图7的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
图7
A.a、cB.b、cC.a、dD.b、d
考点三 光的偏振
考点解读
1.偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器:
通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光,叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光,叫检偏器.
(2)自然光射到两种介质的交界面上,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直.
注意 不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片,偏振片并非刻有狭缝,而是具有一种特征,即存在一个偏振方向,只让平行于该方向振动的光通过,其他振动方向的光被吸收了.
2.偏振光的理论意义及应用
(1)理论意义:
光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵波.光的偏振现象说明光波是横波.
(2)应用:
照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等.
典例剖析
例4
(1)肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是______现象;露珠在太阳光照射下呈现的彩色是________现象;通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是________现象.
(2)凡是波都具有衍射现象,而把光看作直线传播的条件是__________________________.
要使光产生明显的衍射,条件是_______________________________________________.
(3)当狭缝的宽度很小并保持一定时,分别用红光和紫光照射狭缝,看到的衍射条纹的主要区别是___________________________________________________________________.
(4)如图8所示,让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q,可以看到透射光的强度会发生变化,这是光的偏振现象,这个实验表明________________________________________________________________________.
图8
跟踪训练4 光的偏振现象说明光是横波.下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )
A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度发生变化
B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时,反射光是偏振光
C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰
D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹
A组 光的干涉
1.关于光的干涉,下列说法中正确的是( )
A.在双缝干涉现象里,相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B.在双缝干涉现象里,把入射光由红光换成紫光,相邻两个明条纹间距将变宽
C.只有频率相同的两列光波才能产生干涉
D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定
2.双缝干涉实验装置如图9所示,双缝间的距离为d,双缝到像
屏
的距离为l,调整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条
纹.关于干涉条纹的情况,下列叙述正确的是( )
图9
A.若将像屏向左平移一小段距离,屏上的干涉条纹将变得不
清晰
B.若将像屏向右平移一小段距离,屏上仍有清晰的干涉条纹
C.若将双缝间距离d减小,像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小
D.若将双缝间距离d减小,像屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大
3.用如图10所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图(a)是点
燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐),图(b)是竖立的附着一层肥皂液
薄膜的金属丝圈,将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋
转,观察到的现象是( )
图10
A.当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°
B.当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°
C.当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°
D.干涉条纹保持原来状态不变
B组 光的衍射和偏振
4.如图11所示,两光屏间放有两个偏振片,它们四者平行共轴,现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上,再使偏振片Q绕轴匀速转动一周,则关
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