第十三章 第2单元 光的干涉、衍射和偏振现象

[关键一点]
偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一
个透振方向，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．
(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，而把光看做直线传播的条件是
距不等的条纹
解析：在双缝干涉实验中，用白光作为光源，将得到彩色
条纹，用红光作为光源，将得到红黑相间的条纹．用不同 颜色的光分别照射两缝，得不到干涉条纹．用单色光照射 一条缝，得到衍射条纹．综上所述，BD正确． 答案：BD
3．如图13－2－2所示，一束白光从
左侧射入肥皂液膜，下列说法正 确的是 ( ) 图13－2－2
________．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，用红光和紫光照射狭缝， 看到的衍射条纹的主要区别是________．
(3)当狭缝的宽度很小并保持一定时，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13－2－8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 _____________________________________________．
[解析]
(1)设 A 光在空气中波长为 λ1， 在介质中波长为 λ2，
λ1 由 n＝ 得 λ2 λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m 根据路程差 Δx＝2.1×10－6m
6 Δx 2.1×10 m 所以 N1＝ ＝ ＝3.5 －7 λ1 6×10 m
－
由此可知，从 S1 和 S2 到 P 点的路程差 Δx 是波长 λ1 的 3.5 倍，所以 P 点为暗条纹．
(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的
现象．
[思路点拨] 当 S2P－S1P＝kλ(k＝0,1,2,3„)时，在 P 处出现 λ 亮条纹；当 S2P－S1P＝(2k＋1) (k＝0,1,2，3„)时，在 P 处 2 出现暗条纹．A 光的波长 λA＝nλA′，B 光波长需先借助于 临界角求出折射率后，再用公式 λB＝nλB′计算．
列关于光的认识，正确的是(
)
图13－2－1
A．焰火中各种五颜六色的光中红光比绿光的波长要长 B．利用相机拍下这些壮观景象时，涂有增透膜的照相机 镜头看上去呈淡紫色，说明增透膜增强了对淡紫色光 的透射
C．通过电视观看国庆焰火时，电视机遥控器是利用红外 线脉冲信号来进行遥控的
D．联欢晚会上各种节目中所利用的激光是一种相干光
波相遇而形成的干涉．
②图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜厚度 相等． 单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状的 明暗相间 的 条纹，白光入射时形成彩色条纹．
二、光的衍射
1．光的衍射：光绕过 障碍物 偏离 直线传播的现象． 2．光发生明显衍射的条件：当障碍物的 尺寸可以跟光的波
长相比，甚至比光的波长还 小 的时候，衍射现象才会明 显． 3．衍射条纹的特点：单色光的衍射图样为中间 宽 且亮的 单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央 窄 且 暗 ；白光的衍射图样为中间 宽 且亮的白色条纹 ，
[答案] (1)见解析 λ (2) 2
光的衍射和偏振 1.对光的衍射的理解 (1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明 显．在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不 明显的差别．
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是近似规律，只有在光
的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播．
相等 ，且 Δx＝ l λ ， ②条纹的特点：相邻亮条纹(或暗条纹)的间距 d
其中 λ 为波长，d 为双缝间距，l 为缝到屏的距离．实验装置不 变的条件下， 红 光干涉条纹的间距最大，紫光的干涉条纹间距 最小；若换用白光，在屏上得到 彩色 条纹、且中央为白色．
(2)薄膜干涉及其图样特点
①薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜) 前后 两表面的反射光
可见，用 B 光作光源，P 点为亮条纹． (3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边 条纹变窄变暗．
[答案]
见解析
光的干涉现象的实际应用 1．检查精密零件的表面是否平整 将被检查平面和放在上面的透 明标准样板的一端垫一薄片， 使样板的标准平面与被检查平 图13－2－6
面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入 射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠
1 (2)根据临界角与折射率的关系 sinC＝n得 1 5 n＝ ＝ sin37° 3 由此可知，B 光在空气中波长 λ3 为： 5 λ3＝nλ 介＝ ×3.15×10－7m＝5.25×10－7m 3 由路程差 Δx 和波长 λ 的关系
－6 Δx 2.1×10 m N2＝ ＝ ＝4 λ3 5.25×10－7 m
在研究材料A的热膨胀特
性时，可采用如图13－2－7所示的干 涉实验法．A的上表面是一光滑平面， 在A的上方放一个透明的平行板B，B与 A上表面平行，在它们之间形成一厚度 图13－2－7
均匀的空气膜．现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓 慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化．当温度为t1 时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升高到t2时，亮度再
2．偏振光的产生及应用 (1)除了直接从光源发出的光外，日常生活中遇到的光大都 是偏振光． (2)偏振光的产生方式
①偏振片只让某一方向振动的光通过，其他振动方向的
光被吸收． ②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．
4．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以至 于没有光通过，如果将其中的一片旋转180°，在旋转 过程中，将会产生下述的哪一种现象 A．透过偏振片的光强先增强，然后又减小到零 ( )
B．透过偏振片的光强先增强，然后减小到非零的最小
值 C．透过偏振片的光强在整个过程中都增强 D．透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
解析：涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色，是说明 增透膜增强了对淡紫色光的反射，B错；电视机遥控器是 利用红外线脉冲信号来进行遥控的，C正确；激光是一种
人工产生的相干光，D正确．
答案：ACD
2．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，屏上呈现间
解析：起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；偏 振方向平行时，光强度达到最大．当其中一个偏振片转动 180°的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直， 所以透过偏振片的光强先增强，然后又减小到零．故正确答
案为A.
答案：A
5．用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为 0.25 mm，在距离双缝为1.2 m处的光屏上，测得5条亮 纹间的距离为7.5 mm，试求所用单色光的波长．
(4)暗纹条件：在Q处，光程差等于半波长的奇数倍时，形成
暗条纹．
如图13－2－5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和S2距离之差为2.1 ×10－6m，今分别用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13－2－5
(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°.
一次回到最亮．
(1)在B板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠 加形成的？ (2)温度由t1升高到t2时，A的高度升高多少？ [审题指导] 分析此题时应注意两点： (1)薄膜干涉是利用了光在空气膜前后表面的反射光 叠加形成的； (2)温度变化时，空气膜的厚度发生变化．
[解析] (1)A、B 间为空气薄膜，在 B 板上方观察到的亮暗变化，是 由 B 的下表面反射的光和 A 的上表面反射的光叠加产生的． (2)当温度为 t1 时，设空气薄膜厚度为 d1， 此时最亮说明：2d1＝kλ 当温度为 t2 时，设空气薄膜厚度为 d2，此时再一次最亮说明：2d2＝(k －1)λ λ 得 d1－d2＝ 2 λ 故温度由 t1 升高到 t2，A 的高度升高 . 2
2n＋1λ (2)若光程差 Δx 是半波长的奇数倍， Δx＝ 即 (n 2 ＝0,1,2,3„)，P 点将出现暗条纹，如图 13－2－3 乙所示．
2．薄膜干涉
(1)薄膜特点：如图13－2－4所示，由 于重力作用，皂膜上薄下厚． (2)相干光线：薄膜前表面AA′和后表 面BB′的反射光线叠加． 图13－2－4 (3)亮纹条件：在P1、P2处，薄膜厚度的2倍为前后表面反射光 的光程差，当光程差等于波长整数倍时，形成亮条纹．
加，从反射光中看到干涉条纹，根据干涉条纹的形状
来确定被查工作表面的情况，如图13－2－6所示．
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 1 镁)，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的 时，在 4 薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长， 因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的 目的．
两侧是渐窄且暗的彩色条纹．
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4．泊松亮斑：当光照到不透明的小圆板上，在圆板的阴影
中心出现 亮斑 (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆 环)． 三、光的偏振 1．偏振：横波只沿某一特定的方向振动，称为波的偏振． 2．自然光：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的光波的 强度 都相同，这种
x 7.5 解析：已知 Δx＝ ＝ ×10－3 m，l＝1.20 m， n－1 5－1 d＝0.25×10
－3
l m，根据公式 Δx＝dλ 得
0.25×10－3×7.5×10－3 d 波长 λ＝ l Δx＝ m 1.20×4 ≈3.906×10
－7
m.
答案：3.906×10－7 m
光的干涉条纹的形成分析 1.双缝干涉
光叫自然光．如由太阳、电灯等普通光源发出的光．
3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个 特定的方向 振动的光．如自然光经偏振片作用后的 光． 4．应用：利用偏振片摄影、观看立体电影等．
1.在天安门广场举行的国庆节联欢晚 会上，焰火呈现出的“锦绣河山” 图(如图13－2－1所示)惊艳全场．下
一、光的干涉 1．定义：在两列光波的叠加区域，某些区域的光被 加强 ， 出现亮纹，某些区域的光被 减弱 ，出现暗纹，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．条件：两列光的 频率 相同， 振动 情况完全相同的光相
遇．
3．典型的干涉实验 (1)双缝干涉 ①产生明暗条纹的条件：双缝处光振动情况完全相同，光屏上某 点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍或是半波长的偶数倍 处出现 亮条纹 ，与两个狭缝的路程差是半波长的 奇数 倍处出现 暗条纹．
③自然光射到两种介质的界面上，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．
(3)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．
双缝S1、S2之间距离为d，双缝到屏间的距离为l，屏上
一点P到双缝距离分别为r1和r2，由图可以知双缝S1和S2 到屏上P的路程差为Δx(光程差)． Δx＝r2－r1 (1)若光程差Δx是波长λ的整数倍，即Δx＝nλ(n＝ 0,1,2,3„)，P点将出现亮条纹，如图13－2－3甲所示．
图13－2－3
A．人从右侧向左看，可以看到彩色条纹 B．人从左侧向右看，可以看到彩色条纹 C．彩色条纹水平排列 D．彩色条纹竖直排列
解析：一束白光射到薄膜上，经前后两个介质面反射回来 的光相遇，产生干涉现象，我们由左向右可看到彩色条
纹．又由于薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹
是水平排列的．故正确答案为BC. 答案：BC