光的干涉 衍射和偏振含答案.docx

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光的干涉衍射和偏振含答案

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．

（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．

（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（　　）

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，则关于光屏N上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是（　　）

图11

A．光屏N上光的亮度保持不变

B．光屏N上光的亮度会时亮时暗

C．光屏N上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线

D．光屏N上只有一条亮线随偏振片转动而转动

5．用单色光通过小圆盘和小圆孔分别做衍射实验，在光屏上得到衍射图形，则（　　）

A．用小圆盘时，图形中央是暗的，用小圆孔时，图形中央是亮的

B．用小圆盘时，图形中央是亮的，用小圆孔时，图形中央是暗的

C．两个图形中央均为亮点的同心圆形条纹

D．两个图形中央均为暗点的同心圆形条纹

课时规范训练

（限时：

30分钟）

一、选择题

1．关于光的干涉现象，下列说法正确的是（　　）

A．在波峰与波峰叠加处，将出现亮条纹；在波谷与波谷叠加处，将出现暗条纹

B．在双缝干涉实验中，光屏上距两狭缝的路程差为1个波长的某位置，将出现亮纹

C．把入射光由黄光换成紫光，两相邻明条纹间的距离变窄

D．当薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等

2．图1是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P

为光屏．用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉

条纹．下列说法正确的是（　　）

A．减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小

B．增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大

C．将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小

D．将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大

3．在单缝衍射实验中，下列说法正确的是（　　）

A．其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄

B．其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄

C．其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽

D．其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽

4．下列有关光现象的说法正确的是（　　）

A．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大

B．以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射

C．紫光从空气射向水中，只要入射角足够大，就可以发生全反射

D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度

5．如图2所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的透振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化．设起偏器和检偏器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是（　　）

图2

A．到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大

B．到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大

C．到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小

D．到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小

6．双缝干涉实验装置如图3所示，绿光通过单缝S后，投射到具

有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双

缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹．屏上O点距双缝S1

和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹．如果

将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是（　　）

A．O点是红光的亮条纹

B．O点不是蓝光亮条纹

C．红光的第一条亮条纹在P点的上方

D．蓝光的第一条亮条纹在P点的上方

二、非选择题

7．如图4所示，是研究激光相干性的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1、S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹，已知入射激光的波长是λ，屏上的P点到两狭缝S1、S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作0号条纹，由P向上数，与0号亮条纹相邻的亮纹依次是1号条纹、2号条纹……则P1处的亮纹恰好是10号条纹．设直线S1P1的长度为L1，S2P1的长度为L2，则L2－L1等于多少？

图4

复习讲义

基础再现

一、

基础导引　1.暗条纹

2．因为形成同一条干涉条纹的两列反射波的路程差一定，而且路程差的一半恰好是薄膜的厚度，所以同一干涉条纹是等厚线．

知识梳理　1.相同　波长整数倍　奇数倍　Δx＝

λ　2.前后两面　相同

二、

基础导引　起初小孔不太小时，光沿直线传播，此时光斑随小孔尺寸减小而减小．当小孔足够小时，光发生衍射，而且小孔越小衍射效果越强，此时光斑随小孔尺寸减小而增大．

知识梳理　1.离开直线路径绕到障碍物阴影里

三、

基础导引　两者的目的都是减少通光量，但普通带色玻璃改变了物体的颜色，而偏振片却没有．安装镜片时，两镜片的透振方向应相互垂直．利用偏振镜片可以检验光波是不是横波，可以检测某一光波是不是偏振波．

知识梳理　1.某一特定　2.一切方向　强度　3.垂直　横波

课堂探究

例1　

（1）暗条纹　

（2）亮条纹　（3）见解析

解析　（3）若让A光和B光分别照射S1和S2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光．

跟踪训练1　

（1）暗　

（2）明

例2　3.9×10－7m

跟踪训练3　D

例4　见解析

解析　

（1）肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象．

（2）障碍物或孔的尺寸比波长大得多时，可把光看作沿直线传播；障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时，可产生明显的衍射现象．

（3）红光的中央亮纹宽，红光的中央两侧的亮纹离中央亮纹远．

（4）这个实验说明了光是一种横波．

跟踪训练4　D

分组训练

1．C　2.BD　3.D　4.B　5.C

课时规范训练

1．BC　

2．B　

3．ACD　

4．A　

5．B

6．AC　

7．10λ