(北京专用)2019版高考物理一轮复习 第十五章 光学 第2讲 光的干涉、衍射和偏振课件
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将减小,A项错误;减小双缝屏到光屏的距离L,Δx将减小,B项错误;红光 波长大于绿光,λ变大,Δx将变大,C项正确;紫光波长小于绿光,λ变小,Δx 将变小,D项错误。
1-2 关于红光和紫光,下列说法正确的是 ( C )
A.红光的频率大于紫光的频率 B.在同一种玻璃中红光的速度小于紫光的速度 C.用同一装置做双缝干涉实验,红光的干涉条纹间距大于紫光的干涉条 纹间距 D.当红光和紫光以相同入射角从玻璃射入空气时,若紫光刚好能发生全 反射,则红光也一定能发生全反射
波峰和波峰叠加,波谷和波谷叠加,使光波振动加强,形成亮条纹。 (2)在Q处,两列反射回来的光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍Δx=(2n
+1) λ (n=1,2,3,…)。
2
反射回来的两列光,波峰和波谷叠加,使光波振动抵消,形成暗条纹。 根据上述分析,可知在薄膜上形成明暗相间的干涉条纹。
2.薄膜干涉的应用
d
正确。
考点二 薄膜干涉的产生及其应用
1.产生和条纹分布
如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照 射到薄膜上时,在膜的前表面AA'和后表面BB'分别反射回来,形成两列 频率相同的光波,并且叠加。
(1)在P1、P2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差Δx等于波长的整 数倍Δx=nλ(n=1,2,3,…)。
深化拓展
考点一 双缝干涉现象的产生条件及亮暗条纹的分
布规律
1.相干光源发出的两列光波到达某点的路程差等于波长的整数倍时,该 处光相互加强,出现亮条纹;当到达某点的路程差为半波长的奇数倍时, 该处光互相减弱,出现暗条纹。 2.双缝干涉条纹是等间距的,相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离与波长成
正比(装置已确定的情况下),即Δx= Lλ。利用双缝干涉实验可测量光波
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
双缝干涉
薄膜干涉
(1)光的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2…)光屏上出现 (1)薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)⑤
② 亮 条纹。
前后两表面 的反射光相遇而
(2)光的路程差r2-r1=(2k+1) 2(k=0,1,2…)光屏上 形成的干涉。
出现③ 暗 条纹。
(2)水平状的明暗相间的条纹,同一条纹对应薄
2.光的偏振
除了从光源直接发出的光外,日常生活中遇到的光大都是偏振光。
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
或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是 ( A )
A.a、b是光的干涉图样 B.c、d是光的干涉图样 C.形成a图样中光的波长比形成b图样光的波长短 D.c、d中央条纹为暗纹
答案 C 白炽灯光经过偏振片P后成为偏振光,旋转P时P、Q间偏振 光的振动方向改变,但光的强度不变,B、D错误。由于偏转片Q的透振 方向不变,故旋转P时Q右侧的偏振光强度发生周期性变化,故A错误,C 正确。
答案 A 单色光的干涉条纹等间距,衍射条纹间距不等,A正确,B错误; 波长越大,干涉条纹间距越大,C错误;衍射图样中央为亮条纹,D错误。
3-2 如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q
之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是( C )。
A.A、B均不变 B.A、B均有变化 C.A不变,B有变化 D.A有变化,B不变
单缝衍射
圆盘衍射与泊松亮斑
三、光的偏振
1.偏振:横波只沿某一特定的方向① 振动 ,称为波的偏振。
2.自然光和偏振光的比较表
自然光(非偏振光)
光的来源 太阳、电灯等光源直接发出的光 举例
光的振
动方向
在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任 意方向,且沿各个方向光振动的强度② 相同
偏振光 自然光通过偏振片后的光等
答案 C 红光的频率小于紫光的频率, f红<f紫,同一种玻璃对红光的折
射率小,光在其中的速度v= nc ,因此v红>v紫;以相同入射角由玻璃射入空气 发生全反射时,sin C= 1 ,C为临界角,紫光刚好发生全反射时,红光不能发
n
生全反射,选项A、B、D错误。条纹间距Δx= L λ,λ红>λ紫,因此Δx红>Δx紫,C
考点三 光的衍射和偏振
1.单缝衍射与双缝干涉的比较
项目
种类 单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹 宽度
条纹宽度不等,中央 条纹宽度相等 最宽
条纹 间距
各相邻条纹间距不 各相邻条纹等间
等
距
亮度
中央条纹最亮,两边 清晰条纹,亮度基
较暗
本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象,均是由 波的叠加形成的;干涉、衍射都有明暗 相间的条纹
(1)检查精密零件的表面是否平整 用干涉法检查平面:如图甲所示,两板之间形成一层空气膜,用单色光从 上向下照射,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。如果被检测平面是光滑平整的,得到的干涉图样必是等间距的。 如果某处凹下去,则对应明纹(或暗纹)提前出现,如图乙所示;如果某处 凸起来,则对应条纹延后出现,如图丙所示。(注:“提前”与“延后”不 是指在时间上,而是指由左向右的位置顺序上)
(D)
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
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。
(2)增透膜 在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁),当薄膜的厚
度是入射光在薄膜中波长的 1 时,在薄膜的两个面上的反射光的光程差
4
恰好等于半波长,因而相互抵消,达到减弱反射光、增大透射光强度的 目的。
2-1 用如图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(在灯芯上洒些盐),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
d
的波长。
1-1 (2011北京理综,14,6分)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 ( C )
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
答案 C 由双缝干涉条纹间距公式Δx= dL λ可知:增大S1与S2的间距d,Δx
答案 C 用光导纤维传播电磁波信号是利用光的全反射,A错误;白光 通过三棱镜形成彩色光带是光的色散,B错误;检查平面的平整度是利用 光的干涉,C正确;泊松亮斑的形成是光的衍射的结果,D错误。
深化拓展
考点一 双缝干涉现象的产生条件及亮暗条纹的分布规律 考点二 薄膜干涉的产生及其应用
考点三 光的衍射和偏振
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
间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是 ( AC)
A.干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上下两表面反射形成的两 列光波叠加的结果 B.干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结 果 C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动 D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧
答案 A 题图是利用分光法获得相干光源,所以A正确;白光的干涉条 纹是彩色的,不是黑白相间的,B错;屏上某点到双缝的距离差为入射光 波长的1.5倍时,该处应是暗条纹,C错;双缝干涉实验中,亮条纹之间的距 离相等,暗条纹之间的距离也相等,D错。
3.下面四种光现象,与光的干涉有关的是 ( C )
A.用光导纤维传播电磁波信号 B.一束白光通过三棱镜形成彩色光带 C.用透明的标准样板和单色平行光检查平面的平整度 D.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
答案 AC 根据薄膜干涉的产生原理,题述现象是由空气劈尖膜上下 表面反射的两列光叠加而成的,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加 时,振动加强,形成亮条纹,当波峰与波谷相遇叠加时,振动减弱,形成暗条 纹,所以A项对,B项错;因相干光是反射光,故观察薄膜干涉时,应在入射 光的一侧,故D项错误;条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当上玻璃 板平行上移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,故条纹向着劈尖移动,故 C项正确。
在垂直于光的传播方向的平面 内,光的振动沿 ③ 特定 方向
1.在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是 ( C )
A.光的折射现象、色散现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、偏振现象 D.光的直线传播现象、反射现象
答案 C 衍射、干涉现象是波特有的现象,而横波具有偏振现象,均能 反映光的波动性,所以C选项正确。
(3)相邻亮(暗)条纹间距公式:Δx=④ Ld λ
膜的厚度相等。
(3)a.应用增透膜:膜厚度d=⑥
1
4 λ
;b.用干涉法
检查平面
二、光的衍射
1.光的衍射:光绕过① 障碍物 或(穿过小孔)偏离② 直线 传播的 现象。 2.光发生明显衍射现象的条件:只有当障碍物或孔、缝的尺寸与光的波 长相当,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显。
第2讲 光的干涉、衍 射和偏振
知识梳理
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
1-2 关于红光和紫光,下列说法正确的是 ( C )
A.红光的频率大于紫光的频率 B.在同一种玻璃中红光的速度小于紫光的速度 C.用同一装置做双缝干涉实验,红光的干涉条纹间距大于紫光的干涉条 纹间距 D.当红光和紫光以相同入射角从玻璃射入空气时,若紫光刚好能发生全 反射,则红光也一定能发生全反射
波峰和波峰叠加,波谷和波谷叠加,使光波振动加强,形成亮条纹。 (2)在Q处,两列反射回来的光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍Δx=(2n
+1) λ (n=1,2,3,…)。
2
反射回来的两列光,波峰和波谷叠加,使光波振动抵消,形成暗条纹。 根据上述分析,可知在薄膜上形成明暗相间的干涉条纹。
2.薄膜干涉的应用
d
正确。
考点二 薄膜干涉的产生及其应用
1.产生和条纹分布
如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照 射到薄膜上时,在膜的前表面AA'和后表面BB'分别反射回来,形成两列 频率相同的光波,并且叠加。
(1)在P1、P2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差Δx等于波长的整 数倍Δx=nλ(n=1,2,3,…)。
深化拓展
考点一 双缝干涉现象的产生条件及亮暗条纹的分
布规律
1.相干光源发出的两列光波到达某点的路程差等于波长的整数倍时,该 处光相互加强,出现亮条纹;当到达某点的路程差为半波长的奇数倍时, 该处光互相减弱,出现暗条纹。 2.双缝干涉条纹是等间距的,相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离与波长成
正比(装置已确定的情况下),即Δx= Lλ。利用双缝干涉实验可测量光波
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
双缝干涉
薄膜干涉
(1)光的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2…)光屏上出现 (1)薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)⑤
② 亮 条纹。
前后两表面 的反射光相遇而
(2)光的路程差r2-r1=(2k+1) 2(k=0,1,2…)光屏上 形成的干涉。
出现③ 暗 条纹。
(2)水平状的明暗相间的条纹,同一条纹对应薄
2.光的偏振
除了从光源直接发出的光外,日常生活中遇到的光大都是偏振光。
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
或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是 ( A )
A.a、b是光的干涉图样 B.c、d是光的干涉图样 C.形成a图样中光的波长比形成b图样光的波长短 D.c、d中央条纹为暗纹
答案 C 白炽灯光经过偏振片P后成为偏振光,旋转P时P、Q间偏振 光的振动方向改变,但光的强度不变,B、D错误。由于偏转片Q的透振 方向不变,故旋转P时Q右侧的偏振光强度发生周期性变化,故A错误,C 正确。
答案 A 单色光的干涉条纹等间距,衍射条纹间距不等,A正确,B错误; 波长越大,干涉条纹间距越大,C错误;衍射图样中央为亮条纹,D错误。
3-2 如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q
之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是( C )。
A.A、B均不变 B.A、B均有变化 C.A不变,B有变化 D.A有变化,B不变
单缝衍射
圆盘衍射与泊松亮斑
三、光的偏振
1.偏振:横波只沿某一特定的方向① 振动 ,称为波的偏振。
2.自然光和偏振光的比较表
自然光(非偏振光)
光的来源 太阳、电灯等光源直接发出的光 举例
光的振
动方向
在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任 意方向,且沿各个方向光振动的强度② 相同
偏振光 自然光通过偏振片后的光等
答案 C 红光的频率小于紫光的频率, f红<f紫,同一种玻璃对红光的折
射率小,光在其中的速度v= nc ,因此v红>v紫;以相同入射角由玻璃射入空气 发生全反射时,sin C= 1 ,C为临界角,紫光刚好发生全反射时,红光不能发
n
生全反射,选项A、B、D错误。条纹间距Δx= L λ,λ红>λ紫,因此Δx红>Δx紫,C
考点三 光的衍射和偏振
1.单缝衍射与双缝干涉的比较
项目
种类 单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹 宽度
条纹宽度不等,中央 条纹宽度相等 最宽
条纹 间距
各相邻条纹间距不 各相邻条纹等间
等
距
亮度
中央条纹最亮,两边 清晰条纹,亮度基
较暗
本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象,均是由 波的叠加形成的;干涉、衍射都有明暗 相间的条纹
(1)检查精密零件的表面是否平整 用干涉法检查平面:如图甲所示,两板之间形成一层空气膜,用单色光从 上向下照射,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。如果被检测平面是光滑平整的,得到的干涉图样必是等间距的。 如果某处凹下去,则对应明纹(或暗纹)提前出现,如图乙所示;如果某处 凸起来,则对应条纹延后出现,如图丙所示。(注:“提前”与“延后”不 是指在时间上,而是指由左向右的位置顺序上)
(D)
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
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。
(2)增透膜 在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁),当薄膜的厚
度是入射光在薄膜中波长的 1 时,在薄膜的两个面上的反射光的光程差
4
恰好等于半波长,因而相互抵消,达到减弱反射光、增大透射光强度的 目的。
2-1 用如图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(在灯芯上洒些盐),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
d
的波长。
1-1 (2011北京理综,14,6分)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 ( C )
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
答案 C 由双缝干涉条纹间距公式Δx= dL λ可知:增大S1与S2的间距d,Δx
答案 C 用光导纤维传播电磁波信号是利用光的全反射,A错误;白光 通过三棱镜形成彩色光带是光的色散,B错误;检查平面的平整度是利用 光的干涉,C正确;泊松亮斑的形成是光的衍射的结果,D错误。
深化拓展
考点一 双缝干涉现象的产生条件及亮暗条纹的分布规律 考点二 薄膜干涉的产生及其应用
考点三 光的衍射和偏振
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
间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是 ( AC)
A.干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上下两表面反射形成的两 列光波叠加的结果 B.干涉条纹中的暗条纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结 果 C.将上玻璃板平行上移,条纹向着劈尖移动 D.观察薄膜干涉条纹时,应在入射光的另一侧
答案 A 题图是利用分光法获得相干光源,所以A正确;白光的干涉条 纹是彩色的,不是黑白相间的,B错;屏上某点到双缝的距离差为入射光 波长的1.5倍时,该处应是暗条纹,C错;双缝干涉实验中,亮条纹之间的距 离相等,暗条纹之间的距离也相等,D错。
3.下面四种光现象,与光的干涉有关的是 ( C )
A.用光导纤维传播电磁波信号 B.一束白光通过三棱镜形成彩色光带 C.用透明的标准样板和单色平行光检查平面的平整度 D.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
答案 AC 根据薄膜干涉的产生原理,题述现象是由空气劈尖膜上下 表面反射的两列光叠加而成的,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加 时,振动加强,形成亮条纹,当波峰与波谷相遇叠加时,振动减弱,形成暗条 纹,所以A项对,B项错;因相干光是反射光,故观察薄膜干涉时,应在入射 光的一侧,故D项错误;条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当上玻璃 板平行上移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,故条纹向着劈尖移动,故 C项正确。
在垂直于光的传播方向的平面 内,光的振动沿 ③ 特定 方向
1.在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是 ( C )
A.光的折射现象、色散现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、偏振现象 D.光的直线传播现象、反射现象
答案 C 衍射、干涉现象是波特有的现象,而横波具有偏振现象,均能 反映光的波动性,所以C选项正确。
(3)相邻亮(暗)条纹间距公式:Δx=④ Ld λ
膜的厚度相等。
(3)a.应用增透膜:膜厚度d=⑥
1
4 λ
;b.用干涉法
检查平面
二、光的衍射
1.光的衍射:光绕过① 障碍物 或(穿过小孔)偏离② 直线 传播的 现象。 2.光发生明显衍射现象的条件:只有当障碍物或孔、缝的尺寸与光的波 长相当,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象才会明显。
第2讲 光的干涉、衍 射和偏振
知识梳理
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