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光的干涉和衍射
光的干涉和衍射
金牌教练助力一生 学科教师辅导教案 1 教育是对知识与道德的忠诚!
中小学1对1课外辅导专家 优学教育学科教师辅导教案 讲义编号lch--zy003 学员编号:
lch--zy 年 级:
高三 课时数:
1学员姓名:
张雁 辅导科目:
物理 学科教师:
李晨辉课 题授课日期及时段教学目的 光的干涉和衍射 2013---03----1.光现象的结论2.掌握光的干涉和衍射相关知识点教学内容一.光学中的一个现象一串结论色散现象nvλ(波动性)红小大大(明黄显)紫大小小(不明显)结论:
(1)折射率n、;
(2)全反射的临界角C;(3)同一介质中的传播速率v;(4)在平行玻璃块的侧移△x(5)光的频率γ,频率大,粒子性明显.;(6)光子的能量E=hγ则光子的能量越大。
越容易产生光电效应现象 (7)在真空中光的波长λ,波长大波动性显著;(8)在相同的情况下,双缝干涉条纹间距x越来越窄(9)在相同的情况下,衍射现象越来越不明显例1.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。
设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内,a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线,则它们可能依次是衍射C临干涉间距容易小大 难大小γ(粒子性)小(不明显)大(明显)E光子小大2教育是对知识与道德的忠诚!
太阳光中小学1对1课外辅导专家abcdA.紫光、黄光、蓝光和红光 B.紫光、蓝光、黄光和红光C.红光、蓝光、黄光和紫光 D.红光、黄光、蓝光和紫光例2.如图,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方。
一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带。
若入射点A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失。
在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是POBACQA.减弱,紫光 B.减弱,红光 C.增强,紫光 D.增强,红光例3一半圆柱形透明物体横截面如图所示,底面AOB镀银,O表示半圆截面的圆心。
一束光线在横截面内从M点的入射角为30o,∠MOA=60o,∠NOB=30o。
求MNAOB光线在M点的折射角;透明物体的折射率。
1.双缝干涉 两列光波在空间相遇时发生叠加,在某些区域总加强,在另外一些区域总减弱,从而出现亮暗相间的条纹的现象叫光的干涉现象。
产生干涉的条件 两个振动情况总是相同的波源叫相干波源,只有相干波源发出的光互相叠加,才能产生干涉现象,在3 教育是对知识与道德的忠诚!
中小学1对1课外辅导专家屏上出现稳定的亮暗相间的条纹。
双缝干涉实验规律 ①双缝干涉实验中,光屏上某点到相干光源、若光程差是波长λ的整倍数,即的路程之差为光程差,记为。
是半P点将出现亮条纹;若光程差波长的奇数倍②屏上和双缝、,P点将出现暗条纹。
距离相等的点,若用单色光实验该点是亮条纹,若用白光实验该点是白色的亮条纹。
③若用单色光实验,在屏上得到明暗相间的条纹;若用白光实验,中央是白色条纹,两侧是彩色条纹。
④屏上明暗条纹之间的距离总是相等的,其距离大小的波长λ有关,即。
在和d不变的情况下,与双缝之间距离d。
双缝到屏的距离及光和波长λ成正比,应用该式可测光波的波长λ。
最大,紫光干涉条纹间距最小,故可⑤用同一实验装置做干涉实验,红光干涉条纹的间距知大于小于。
实验步骤1.安装仪器
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图2所示.[来源:
学*科*网]图2
(2)接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光.调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.(3)安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝相互平行.2.观察与记录
(1)调整单缝与双缝间距为几厘米时,观察白光的干涉条纹.
(2)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.(3)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a2,4教育是对知识与道德的忠诚!
中小学1对1课外辅导专家|a1-a2|则相邻两条纹间的距离Δx=.n-1(4)换用不同的滤光片,测量其他色光的波长.3.数据处理用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,公式λ=Δx计算波长.重复测量、计算,求出波长的平均值.五、误差分析测定单色光的波长,其误差主要测量引起,条纹间距Δx测量不准,或双缝到屏的距离测不准都会引起误差,但都属于偶然误差,可采用多次测量取平均值的方法来减小误差.六、注意事项1.调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.2.放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上.3.调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动手轮,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条纹间的距离.4.不要直接测Δx,要测多个亮条纹的间距再计算得Δx,这样可以减小误差.5.白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层.2.薄膜干涉 薄膜干涉的成因:
薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而成,劈形薄膜干涉可产生平行相间的条纹。
薄膜干涉的应用 ①增透膜:
透镜和棱镜表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波长的。
dl②检查平整程度:
待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜,用单色光进行照射,入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波,形成干涉条纹,待检平面若是平的,空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上,干涉条纹是平行的;反之,干涉条纹有弯曲现象。
3.光的衍射 光的衍射现象 光在遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射。
光发生明显衍射现象的条件 当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟波长差不多时,光才能发生明显的衍射现象。
衍射图样5 教育是对知识与道德的忠诚!
中小学1对1课外辅导专家①单缝衍射:
中央为亮条纹,向两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同。
白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是紫光,最远离中央的是红光。
②圆孔衍射:
明暗相间的不等距圆环。
③泊松亮斑:
光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影中心出现的亮斑,这是光能发生衍射的有力证据之一。
二、方法讲解 1.双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法 影响条纹间距的因素:
相邻亮纹或相邻暗纹的间距之间距离d成反比,与光的波长λ成正比,即。
x与双缝到屏的距离成正比,与两狭缝中央位置是亮纹还是暗纹的条件:
双缝到光屏中央距离相等,光程差为零,如果两光源振动完全一致,中央一定是亮纹,假如两光源振动正好相反,则中央为暗纹。
单色光颜色、频率、波长的关系:
光的颜色频率决定,光的频率光源决定,在可见光中红光频率最低,紫光最高,真空中各色光速相同,知,真空中红光波长最大,紫光最小。
。
综合以上各点可知:
为了观察到清晰的干涉图样,必须使双缝距离d小到与波长相当,且使同样条件下,红光的干涉条纹间距最大,紫光最小。
这就是白光干涉条纹中央为白色,两边出现彩色光带的原因。
2.双缝干涉和棱镜使白光色散的比较 形成原因不同:
双缝干涉是光的干涉现象,棱镜色散是光的折射现象。
发生条件比较:
和。
可知,在同一种介质中,红光的频率最低,折射率最小,速度最大,波长最大,依次为红橙黄绿蓝靛紫,所以双缝干涉中红光相邻亮纹间距最大,紫光最小;棱镜色散中红光偏折角最小,紫光最大。
3.光的干涉和光的衍射的比较 双缝干涉和单缝衍射都是波叠加的结果,只是干涉条纹是有限的几束光的叠加,而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加。
在双缝干涉实验中,光在通过其中的三个狭缝时,都发生了衍射而形成三个线光源,所以,一般现象中既有干涉又有衍射。
单缝衍射,照射光的波长越长,中央亮纹越宽,所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象,且中央白光的边缘均呈红色。
6 教育是对知识与道德的忠诚!
中小学1对1课外辅导专家干涉和衍射的图样有相似之处,都是明暗相间的条纹。
只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同,衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等,中央亮纹最宽最亮。
三、考点应用 例1如图所示,在暗室中从单色点光源S直接射到屏面镜MN再反射到屏上的一束光在Sb和Sd之间,从S射到平上是上的另一束光在Ma和Nc之间。
关于这时屏否可能出现明暗相间的条纹,下列说法正确的是 A.不可能B.可能,出现在a、b之间 C.可能,出现在b、c之间D.可能,出现在c、d之间 例2频率为与P到的路程差为的单色光从和投射到屏上,并且与振动相同。
若屏上的点P到和路程相等的点,则PO间,问P点是亮条纹还是暗条纹?
设O为到有几条暗纹?
几条亮纹?
例3a、b两束平行的单色光,当它们从空气射入水中时,发现b的折射线更靠近法线,此可判定 A.a比b容易发生衍射现象B.在水中a的波长较短 C.在水中b的速度较大D.单色光b的频率较低 例4有关光的双缝干涉和衍射的现象中,下列说法正确的是 A.无论用什么色光做双缝干涉实验,中央一定是亮纹 B.用白光做双缝干涉实验时,得到的彩色亮纹中最靠近中央的是红光 C.用白光做单缝衍射实验,得到的彩色条纹中偏离中央最远的是红光 D.涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色,是于增透膜增强了对紫光的透射例5如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置,所用单色光是用普通光源加滤光片产生的。
检查中所观察到的干涉条纹是下列哪两个表面反向的光叠加而成的7教育是对知识与道德的忠诚!
中小学1对1课外辅导专家A.a的上表面、b的下表面 B.a的上表面、b的上表面C.a的下表面、b的上表面 的下表面、b的下表面D. 课堂练习1甲、乙两单色光分别通过一双缝干涉装置得到各自的干涉图样,设相邻两个亮条纹的中心距离为Δx,若Δx甲>Δx乙,则下列说法正确的是A.甲光能发生偏振现象,乙光则不能发生B.真空中甲光的波长一定大于乙光的波长C.甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量D.在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光2如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹。
要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以SS1S2P单缝屏双缝屏光屏A.增大S1与S2的间距 B.减小双缝屏到光屏的距离C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光3如图所示的双缝干涉实验装置中,当使用波长为6?
10m的橙光做实验时,光屏中心点P点及其上方的P1点形成两条相邻的亮纹;若换用波长为4?
10m的紫光重复上述实验,在P和P1点形成的亮、暗纹情况是A.P和P1都是亮纹 ?
7?
7B.P是亮纹,P1是暗纹C.P是暗纹,P1是亮纹D.P和P1都是暗纹4.在双缝干涉实验中,若单色光源S到两缝S1、S2距离相等,则观察屏上中央明纹中心位于图中O处,8 教育是对知识与道德的忠诚!
中小学1对1课外辅导专家现将光源S向下移动到示意图中的S?
位置,则[ ]中央明条纹向下移动,且条纹间距不变;中央明条纹向上移动,且条纹间距增大;中央明条纹向下移动,且条纹间距增大;中央明条纹向上移动,且条纹间距不变。
4、黄、红、绿三种单色光以相同的入射角到达同一介质和空气的界面,若黄光恰好发生全反射,则:
A、绿光一定能够发生全反射; B、红光一定能发生全反射;C、绿光在该介质中波长最短; D、只有红光从介质进入空气。
5、两个独立的点光源S1、S2都发出同频率的红色光,照亮一个原是白色的小屏,则小屏上呈现的情况是:
A、明暗相间的干涉条纹; B、屏上出现一片红光;C、屏仍是呈白色; D、屏是黑色的。
回家作业1.如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环,以下说法正确的是 A.干涉现象是于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.干涉条纹不等间9教育是对知识与道德的忠诚!
距是因为空气膜厚度是均匀变化的 中小学1对1课外辅导专家 2.在光的双缝干涉实验中,如果只改变一个条件,以下说法中正确的是:
A.使双缝间距变小,则条纹间距变宽B.使屏与双缝距离变小,则条纹间距变宽C.将入射光绿光改为红光,则条纹间距变宽D.将入射光绿光改为紫光,则条纹间距变宽3关于光的衍射现象,以下说法中正确的是:
A.缝的宽度d越小,衍射图案越亮B.缝的宽度d越小,衍射现象越明显C.缝的宽度d越小,光的传播路线越接近直线D.入射光的波长越短,衍射现象越明显4.如图甲所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为×10-7m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为×10-7m,则在这里出现的应是▲(选填“明条纹”或“暗条纹”)现改用波长为×10-7m的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将▲(选填”变宽”、“变窄”或“不变”).5.登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力.有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜.他选用的薄膜材料的折射率为n=,所要消除的紫外线的频率为ν=×10Hz.这种“增反膜”的厚度至少是多少?
在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉仪按要求安装在光具座上(如图10所示),并选用缝间距d=mm的双缝屏.从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离L=700mm.然后,接通电源使光源正常工作.14图10 10教育是对知识与道德的忠诚!
中小学1对1课外辅导专家图11
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度.某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第1次映入眼帘的干涉条纹如图11(a)所示,图(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图(b)中游标尺上的读数x1=mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图(c)所示,此时图(d)中游标尺上的读数x2=________mm;
(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx=______mm;这种色光的波长λ=______nm.5.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图8所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长.图8
(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,左至右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、____、____、____、A.
(2)本实验的步骤有:
①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮;[来源:
学.科.网]②按合理的顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;③用刻度尺测量双缝到屏的距离;④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.在操作步骤②时还应注意__________________________和_______________________.(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图9甲所示.然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时如图乙所示的手轮上的示数为________mm,求得相邻亮纹的间距Δx为________mm.11 教育是对知识与道德的忠诚!
中小学1对1课外辅导专家图9(4)已知双缝间距d为×10m,测得双缝到屏的距离l为m,计算式λ=________,求得所测红光波长为________nm.6.甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样,设相邻两个亮条纹的中心距离为?
x,若?
x甲?
?
x乙,则下列说法正确的是A.甲光能发生偏振现象,则乙光不能B.真空中甲光的波长一定大于乙光的波长C.甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量D.在同一种均匀介质中甲光的传播速度大于乙光 -412教育是对知识与道德的忠诚!
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