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S i、S2的路程差为7.5× 10「7 m,如果用频率6.0× 1014 HZ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与波长入双缝间距d及屏到双缝的距离I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S i、S2发出的光到屏上 P点的路程差巾一rι= k λk= 0,1,2,)时，光屏上出现明条纹.b .光的路程差匕一rι= (2k+ 1)λ(k= 0,1,2,)时，光屏上出现暗条纹.(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) 原理分析课堂探究・突破考点⅛⅛JS听粪岡探究⅛⅛律方屋图2①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 = nλn= 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Δ等于半波长的奇数倍. Δ = (2n + 1)λ(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，S I和S2为双缝，P是光屏的一点，已知P点与S i、S2距离之差为2.1 × 10「6 m,分别用A、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？(1) 已知A光在折射率为n= 1.5的介质中波长为4× 10「7 m；(2) 已知B光在某种介质中波长为 3.15 × 10「7 m ,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SS I= SS2,且S2到光屏上P点的路程差Δr = 1.5 × 10「6 m.(1) 当S为λ= 0.6卩的单色光源时，在 P点处将形成________ 条纹.(2) 当S为λ= 0.5卩的单色光源时，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0.25 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.求这种单色光的波长. 探究所得掌握条纹间距公式ΔX=d 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”)Φ乙图6考点二衍射与干涉的比较【考点解读】1. 衍射与干涉的比较图5Xs. 两种比较项目 单缝衍射双缝干涉不 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 同 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距 占 八、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A • a 、C 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IlC • a 、dD • b 、db(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__________________________________________________________________________ •⑷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 •—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，可以看到彩色条纹分组训练・提升能力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 ,双缝到像双缝俾屏屏线光源的距离为I ,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()即学即综提升解題能力光的干涉A组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（ ）太阳光r图11A. 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，贝U（）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 °寸干涉条纹同方向旋转 30 °B •当金属丝圈旋转 45 °寸干涉条纹同方向旋转 90 °3 (b)10C •当金属丝圈旋转 60 °寸干涉条纹同方向旋转 30 °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，S i、S2为双缝，P P为光屏.用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉左三s &右条纹.下列说法正确的是（）员A .减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小图1B .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（）起偏器检傭器光接收器•-- —光穩LJ温度敏感光舒LJ图2A .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 S i 和S 2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S i和S 2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S i 、S 2,由S i 、S 2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S i 、S 2的距离相等，如果把 P 处的亮条纹记作 O 号条纹，由P 向上数，与O 号亮 条纹相邻的亮纹依次是 i 号条纹、2号条纹,，则 P i 处的亮纹恰好是iO 号条纹.设直线S i P i 的长度为L 1 , S 2P 1的长度为L 2,则L 25∙¾π =II 激光图3—L i 等于多少?复习讲义基础再现基础导引 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= £λ2•前后两面相同d_ 、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「7 m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. C2.BD3.D4.B5.C课时规范训练1. BC2. B3. ACD4. A 5．B6．AC7. 10λ。