物理光学

的反射光发生干涉形成的
C、若透镜上施加向下的压力，当压力逐渐增大时，亮
环将向远离圆心方向平移
D、若透镜上施加向下的压
力，当压力逐渐增大时，亮 环将向靠近圆心方向平移
（甲）
（乙）
练：煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有
瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他
设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如
的光的干涉图样，下列说法正确的是（BC ）
A、干涉条纹是a的上表面和b的下表面两反射光线的叠
加而成的
B、干涉条纹是a的下表面和b的上表面两反射光线的叠
加而成的 aA
C、d 处加工面上凸
bB
D、d处加工面下凹
c d
练、用细金属丝绕一线框，将线框浸入肥皂水中，然后 取出，这时线框里有一肥皂水薄膜。把这金属框竖直放 置，光从肥皂液膜反射到我们的眼睛，我们看到的干涉 条纹是（ B ） A．条纹是水平方向，条纹宽度大体相同 B．条纹是水平方向，条纹间隔上宽下密 C．条纹是水平方向，条纹间隔上密下宽 D．条纹是竖直方向，条纹宽度大体相等
（4）托马斯.杨的双缝干涉： 如图，平行光照射到单缝屏后，又照射到双缝屏上，
这样，一束光就被分成两束频率和振动完全相同的相干 光，这两束光在像屏上相遇后，在像屏上形成相互平行 的干涉条纹。当入射光为白光时得到彩色条纹，当入射 光为单色光时得到明暗相间条纹。
①双缝干涉图样的特点： 单色光干涉图样的中央为亮条纹， 往两边是亮暗相间且间距相等的条纹； 白光干涉图样的中央为亮条纹， 在两侧依次出现彩色条纹。
②亮暗纹的位置： 当ΔS=kλ，k=0，1，2…时，在P处出现亮条纹； 当ΔS=（2k+1）λ/2，k=0，1，2…时，在P处出现暗条 纹。
③条纹间距与波长的关系： 屏上亮条纹之间的距离总是相等的，其距离大小Δx
与双缝之间的距离d、双缝到屏的距离L及光的波长λ有 关，即： Δx=Lλ/d。
在L和d不变的情况下， Δx与波长λ成正比，应用上试 可测光波的波长λ。
丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。
（2）明线光谱 只含有一些不连续的
亮线的光谱叫做明线光谱。 明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。 稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光 谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。 实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原 子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光 谱的谱线叫原子的特征谱线。
5、波粒二象性学说：认为光既有粒子性、又有波动性. 个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行出表现为 波动性；频率越大的光子粒子性越明显，频率小的光子 波动性越明显.
二、光的波动性
光的干涉和光的衍射是光具有波动性的有力证据. 1、光的干涉 （1）现象：
两列光波在空间相遇时相互 叠加，在某些区域始终加强， 出现亮纹；在另一些区域始终 减弱，出现暗纹，且加强和减 弱的区域相间，即亮纹和暗纹 相间，并形成稳定的明暗相间 条纹的现象.如图：
（4）圆孔衍射：
（5）圆板衍射：当光照射到不 透明的小圆板上，在圆板的阴 影中心出现白色亮斑（即泊松 亮斑，在阴影外还有不等距的 明暗相距的圆环）。
比较:圆孔衍射与泊松亮斑（圆屏衍射）
比较:衍射图样和干涉图样
例：下列对衍射现象的评说，不正确的有（ CD ） A、在单缝衍射中，红光的衍射条纹比紫光的衍射条纹 要宽 B、在单缝衍射中，缝越窄，中央亮纹越宽 C、单缝衍射中，缝越窄条纹越亮 D、频率越高的光越容易反射衍射
例：平行厚玻璃板放在空气中，一束复色光从玻璃板下 表面斜向上射出，变成a、b两束单色光，如图所示．比 较a、b两束单色光，则( C ) A.a光的频率小于b光的频率 B.a光在玻璃中的传播速度大于b光
在玻璃中的传播速度 C.通过同一双缝产生的干涉条纹间距，a光条纹间距小于 b光条纹间距 D.a光在真空中的波长等于b光在真空中的波长
的光和从S2缝发出的光到达Q点的路程差是 。
答：O点是亮点。光到达P点的路程差是该光波波长的整 数倍。光到达Q点的路程差是该光波半波长的奇数倍。
（5）薄膜干涉： 从透明薄膜前后面反射的两列
光波叠加在一起，由于薄膜厚度的 差异，产生明暗相间条纹的现象。
①薄膜干涉的产生：
如图，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 和后表面分别反射出来，形成两列 频率相同的光波且叠加产生干涉现象.
三、光的电磁说 1、电磁波谱
波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
产生 振荡电路自 机理 由电子运动
原子外层电子受激发
原子内 层电子 受激发
原子核 受激发
特性 波动性强
应用 无线电技术 频率 波长
热效 应
加热 遥感
引起 化学作用 穿透本 穿透本 视觉 荧光效应 领较强 领强
照明 摄影
向劈尖方向弯
曲（提前出
现）,反之亦然.
Ⅲ在光学元件（透镜、棱镜）的表面涂一层薄膜，当薄 膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，光垂直入射时 在薄膜的两个面上的反射光，光程差等于λ/2，因而相互 抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的作用.
例：如图所示，是一竖直的肥皂液膜的横截面，用单色 光照射，薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的 是（AD ） A.观看干涉条纹时应在薄膜的左边 B.观看干涉条纹时应在薄膜的右边 C.薄膜上干涉条纹是竖直的 D.用紫光照射所产生的干涉条纹间距比用红光照射时小
100．光的波粒二象性．物质波
Ⅰ
101．激光的特性及应用
Ⅰ
一、光的本性学说的发展史上的五个学说
1、牛顿的微粒说：认为光是高速粒子流，它能解释光 的直进、光的反射现象. 2、惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以机械波的 形式向周围传播，它能解释光的干涉、衍射现象. 3、麦克斯韦的电磁说：认为光是电磁波，赫兹实验证 明了光与电磁波在真空中传播的速度相等且均为横波. 4、爱因斯坦的光子说：认为光的传播是一份一份的， 每一份叫一个光子，其能量E=hυ，光子说能成功解释 光电效应现象.
例：在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察 到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一红色滤光 片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能 透过绿光），这时（ C ） A. 只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干 涉条纹消失 B. 红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干 涉条纹依然存在 C. 任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮 D. 屏上无任何光亮
感光 消毒
检查探 探伤 测透视 治疗
增加
减小
例：下列各组电磁波,按波长由长到短正确排列的是( B ) A．γ射线、红外线、紫外线、可见光 B．红外线、可见光、紫外线、γ射线 C．可见光、红外线、紫外线、γ射线 D．紫外线、可见光、红外线、γ射线
练、下列说法正确的是 （ D ） A、无线电波与红外线产生的机理相同 B、可见光是原子内层电子受激发光，而紫外线是原子
（3）吸收光谱高温物体 发出的白光（其中包含 连续分布的一切波长的 光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光 谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗 线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。 这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在 高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子 的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。
②说明：
Ⅰ若单色光照在上述薄膜上，将形成亮暗相间的条纹.
若白光照在上述薄膜上，将形成灿烂的彩色条纹.
Ⅱ薄膜干涉条纹的特点（平行等间距且和波长成正比）.
③应用光的薄膜干涉解释自然现象：
Ⅰ在水面上的油膜、肥皂泡等在白光的照射下，出现的
灿烂的彩色条纹. Ⅱ用薄膜干涉检查物件的平面.
当某处凹下,则 该处干涉条纹
练：如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜，
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 C
A、牛顿环是由透镜下表面的反射光和平面玻璃上表面
的反射光发生干涉形成的
B、牛顿环是由透镜上表面的反射光和平面玻璃下表面
图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，
容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，
观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。以下说法
正确的是 （
）B C
A．如果屏的正中央仍是亮纹，说明B中的气体与A中的
空气成分相同，不含瓦斯
B．如果屏的正中央是暗纹，说明B中的气体与A中的空
气成分不相同，可能含有瓦斯 C．如果屏上干涉条纹不停移动，
（2）产生稳定干涉的条件:（相干光源） ①两列波频率必须相同. ②在相遇点的振动方向几乎沿同一直线. ③在观察的时间内，在相遇点的两个振动的位相差保 持不变. （3）产生亮暗纹的条件： ①若两列光到达某点的波程差为波长的整数倍，即 ΔS=kλ，k=0，1，2…，则该处的振动相互加强，出现亮 条纹. ②若两列光到达某点的波程差为半波长的奇数倍，即 ΔS=（2k+1）λ/2，k=0，1，2…，则该处的振动相互减 弱，出现暗条纹.
练、如图所示的双缝干涉装置，作为线光源的小缝S位
于双缝S1、S2的中垂线上，屏上的O点也位于双缝S1、S2 的中垂线上。用某单色光做双缝干涉实验时，屏上O点
是 点（填亮或暗）。如果屏上的P点也是亮点，那
么从S1缝发出的光和从S2缝发出的光到达P点时的路程差
是
。如果屏上的Q点是暗点，那么从S1缝发出
出
进
说明B中的气体瓦斯含量不稳定
B
D．只有用单色光照射单缝时， 才可能在屏上出现干涉条纹
A
2、光的衍射
（1）光的衍射的现象： 光线绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在
光屏上出现明暗相间条纹的现象。
S
（2）产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比光波 的波长小或者相差不多。
（3）单缝衍射条纹的特点： ①单色光的衍射图样为中间 宽且为亮条纹，两侧是明暗 相间的条纹，条纹宽度比中 央窄且暗. ②单色光的衍射中，波长越 长，衍射越明显. ③白光的衍射图样为中间为 宽且亮的白条纹，两侧是渐 窄且暗的彩色条纹。
核受激发光 C、γ射线是原子内层电子受激发光 D、红外线可用来遥感和摄像
2、光谱及光谱分析 ①按频率的顺序排列而成的彩色光带叫做光谱。
②光谱分类:

连续光谱
光谱发射光谱明线光谱
吸收光谱
（1）连续光谱 连续分布的包含有
从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热的固
体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如电灯
第15章 物理光学
第1~5课时
光的波动性和微粒性
内容
要求
94．光本性学说的发展简史
Ⅰ
95．光的干涉现象，双缝干涉，薄膜干涉．双 Ⅰ
缝干涉的条纹间距与波长的关系
96．光的衍射
Ⅰ
97．光的偏振现象
Ⅰ
Fra Baidu bibliotek
98．光谱和光谱分析．红外线、紫外线、X射 Ⅰ
线、γ射线以及它们的应用．光的电磁本性．
电磁波谱
99．光电效应．光子．爱因斯坦光电效应方程 Ⅱ
例:用单色光做双缝干涉实验,下述说法中正确的是（A） A．相邻干涉条纹之间的距离相等 B．中央明条纹宽度是两边条纹宽度的2倍 C．在实验装置不变的情况下，红光条纹间距小于蓝光 的条纹间距 D．用白光做入射光照射双缝，在屏上得到的是白色的 明暗相间条纹
练:当用波长为0.75μm的红光做双缝干涉实验时，屏上的 P点恰处于亮条纹的中心，且该亮纹与中央亮纹之间无 其他亮条纹，若改用波长为0.5μm的绿色光做实验，则 （ B） A. P点仍位于亮条纹中心 B. P点位于暗条纹中心 C. P点与中央亮纹间无其他暗纹 D. P 点与中央亮纹间无其他亮纹
用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距 Δx红最大，紫光的干涉条纹间距Δx紫最小，则可知：λ红 大于λ紫，红光的频率f红小于紫光的频率f紫。
条纹间距的推导
L>>d，s=s2-s1 =dsin x =Ltan Lsin
s=s2-s1 dx/L
亮纹条件: dx/L=k (k=0,1,2…) 亮纹中心位置: x =kL/d 条纹间距: x =L/d
例：在光学仪器中，为了减小在光学元件表面上的反射
损失，可在光学元件表面镀上一层增透膜，利用薄膜的
干涉相消来减少反射光．如果照相机镜头所镀膜对绿光
的折射率为n，最小厚度为d，它使绿光在垂直入射时反
射光完全抵消，那么绿光在真空中的波长λ为( D )
A．d/4
B．nd/4 C．4d D．4nd
例：如图是在一次对精加工面采用光学手段检查所得到