第十四章第三节 光的波动性 激光

差为一个波长)，
第十四章
光的传播 光的波动性
现换用波长为400 nm的紫光源照射单 缝，则( )
图14－3－3
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光的传播 光的波动性
A．P和P1仍为亮点 B．P为亮点，P1为暗点 C．P为暗点，P1为亮点 D．P、P1均为暗点
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解析：选B.从单缝S射出的光波被S1 、 S2 两缝分成的两束光为相干光．由题 意，屏中央P点到S1 、S2 距离相等， 即由S1 、S2 分别射出的光到P点的路 程差为零，因此是亮纹中心．因而， 无论入射光是什么颜色的光，波长多
(1)Δr＝nλ(n＝0,1,2， P 点为明条纹； „)， λ (2)Δr＝nλ＋ (n＝0,1,2，„)，P 点为暗 2 条纹．
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3．根据 x 与 Δx 的关系判断 (1)条纹间距：相邻亮纹或相邻暗纹的间 距 Δx 与双缝到屏的距离 l 成正比， 与两 狭缝之间距离 d 成反比，与光的波长 λ l 成正比，Δx＝dλ.
不同 点
条纹宽度 条纹间距
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两种现象 比较项目
单缝衍射 中央条纹最 亮，两边变 暗
双缝干涉 清晰条纹，亮 度基本相等
不同点
亮度
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
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2.光的干涉和衍射的本质 光的干涉和衍射都属于光的叠加，从 本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形 成有相似的原理，都可认为是从单缝 通过两列或多列频率相同的光波，在 屏上叠加形成的单缝衍射现象．
温度为t1时最亮，
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然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升 高到t2时，亮度再一次回到最亮． (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？
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【思路点拨】 点：
分析此题时应注意两
图14－3－1
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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
平面和被检查平面间形成一个楔形空
气膜，单色光从上面照射，入射光在
空气层的上、下表面反射出两列光波
叠加情况，从反射光中看到干涉条纹, 根据干涉条纹的形状，来确定工件表
面情况．
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大，P点都是中央亮纹的中心．
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而P1点到S1、S2的路程差刚好是橙光 的 一 个 波 长 ， 即 |P1S1 － P1S2| ＝ 600 nm ＝λ橙，则两列光波到达P1点振动情况
完全一致，振动得到加强，因此，出
现亮条纹．当换用波长为400 nm的紫
光时，|P1S1－P1S2|＝600 nm＝
光的干涉现象．
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频率相等 2．条件：两列光的__________，且
具有恒定的相位差，才能产生稳定的 干涉现象． 3．双缝干涉 明暗 (1)现象：单色光干涉时观察到_____ 相间的条纹，白光双缝干涉的现象为 中央是白色条纹, 两边是彩色的条纹．
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即时应用 1．(2012· 福建龙岩调研)如图14－3－ 2所示,a、b、c、d四个图是不同的单 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( )
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图14－3－2
A．a、b是光的干涉图样
B．c、d是光的干涉图样
4．薄膜干涉 (1)现象：光照射到薄膜上时,薄膜前、 后表面反射的两列光相叠加，发生干 涉现象，若入射光为单色光，可形成 明暗相间的干涉条纹，若入射光为白 彩色 光，可形成______的干涉条纹．
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(2)应用 ①干涉法检查平面 如图14－3－1所示，检查精密零件的 表面质量；
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第三节
光的波动性
激光
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基础梳理自学导引
一、光的干涉
1．定义：在两列光波的叠加区域，某 加强 些区域的光被______，出现亮纹，某 减弱 些区域的光被______，出现暗纹，且
加强 减弱 ______ 和______互 相 间 隔的 现 象叫
做
光的传播 光的波动性
光的衍射现象
例3
(2012· 天津模拟)抽制高强度纤
维细丝可用激光监控其粗细，如图14
－3－6所示，观察光束经过细丝后在
光屏上所产生的条纹即可以判断细丝
粗细的变化(
)
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光的传播 光的波动性
A．这里应用的是 光的衍射现象 图14－3－6
B．这里应用的是光的干涉现象 C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的 丝变粗
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(1)激光是一种人工产生的相干光．根 据此特点，它能像无线电波那样进行 调制，应用于光纤通信．也可以用于 全息照像． (2)激光的平行度非常好．根据此特点, 它可以应用于精确测距，还应用于 VCD光盘的解读．
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(3)激光的亮度高，温度高．可以利用
②镜片增透膜 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λ/4时，在薄膜的两个面上的反
λ/2 射光的路程差恰好等于_____，因而相
互抵消，达到减小反射光、增大透射光 强度的作用．
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二、光的衍射 1．衍射现象 光在遇到障碍物时，偏离直线传播方
图14－3－4
填“变宽”、“变窄”或“不变”)．
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【解析】
根据双缝干涉出现明暗条纹
的条件知，P 点距双缝路程差 δ＝ 7.95×10－7 3 －7 7.95×10 m＝ －7 λ＝ λ， 2 5.30×10 所以 P 点为暗条纹． l 由 Δx＝ λ 知， 波长变大， 条纹间距变宽． d 【答案】 暗条纹 变宽
激光束来切割各种物质，焊接金属以
及在硬质材料上打孔．医学上可以用
激光作“光刀”来切开皮肤、切除肿
瘤，也可以用激光“焊接”剥落的视
网膜，还可以引起核聚变．
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要点透析直击高考
一、光的干涉和衍射的对比 1．衍射与干涉的比较
两种现象 比较项目 单缝衍射 条纹宽度不等，中 央最宽 各相邻条纹间距不 等 双缝干涉 条纹宽度相 等 各相邻条纹 等间距
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二、双缝干涉中明暗条纹的判断
1．屏中央位置明暗条纹的判断：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．
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2．根据Δr与λ的关系判断：在两光源 振动完全一致的情况下，屏上一点P 到双缝的距离Δr满足：
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薄膜干涉的理解和应用
例2
wenku.baidu.com
(满分样板
10分)在研究材料A
的热膨胀特性时，可
采用如图14－3－5所
示的干涉实验法．
图14－3－5
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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
紫 靠近中央的是____光，最远离中央的
红 是____光． (2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．
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(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．
三、光的偏振
第十四章
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1．偏振光：在跟光传播方向垂直的平
向而照射到阴影区域的现象叫做光的
衍射．
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2．明显衍射的条件 小 当孔或障碍物的尺寸比光波波长____， 相差不多 或者跟光波波长_________时，光才能 发生明显的衍射现象． 3．衍射图样
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(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
验光是否是偏振光，叫做________．
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四、激光 1．产生机理 处于激发态的原子，如果在入射光子 的电磁场的影响下，引起高能态向低 能态跃迁，同时在两个状态之间的能 量差以辐射光子的形式发射出去，这 种辐射叫做受激辐射．
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原子发生受激辐射时，发出的光子的 频率、发射方向等，都跟入射光子完 全一样，这样使光得到加强，这就是 激光产生的机理． 2．特点及应用
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D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的 丝变细 【解析】 本题为光的衍射现象在工
业生产中的实际应用，考查光的衍射 现象，若障碍物的尺寸与光的波长相 比差不多或更小，衍射现象较明显．
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光的传播 光的波动性
设空气薄膜厚度为 d1，此时最亮说明： 2d1＝nλ(2 分) 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＝(n－1)λ(1 分) λ 得 d1－d2＝ (1 分) 2 λ 故温度由 t1 升高到 t2，A 的高度升高 .(2 分) 2
第十四章
面内，光振动在某一方向较强而在另
一些方向振动较弱的光即为偏振光． 横波 光的偏振现象证明光是______ (填“ 横
波”或“纵波”)．
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2．偏振光的产生 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，叫做 起偏器 _________．第二个偏振片的作用是 检 检偏器
－4所示，在杨氏双缝干涉实验中，激 光的波长为5.30×10 －7 m，屏上P点 距双缝S1 和S2 的路程差为7.95×10 －7
m ， 则 在 这 里 出 现 的 应 是
________(选填“明条纹”或“暗条 纹”)．
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现改用波长为6.30×10－7 m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
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(2)若屏上一点 P 到中央明纹的距离为 x 与 Δx 满足： ①x＝nΔx(n＝0,1,2， „)， 该点为明条纹； 1 ②x＝nΔx＋ Δx(n＝0,1,2„)，该点为暗 2 条纹．
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即时应用 2．如图14－3－3所示是双缝干涉实 验装置，使用波长为600 nm的橙色光 源照射单缝S，在光屏中央P处观察到 亮条纹，在位于P点上方的P1 点出现 第一条亮纹中心(即P1到S1、S2的路程
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C．形成a图样的光的波长比形成b图 样光的波长短 D．形成c图样的光的波长比形成d图 样光的波长短 解析：选A.干涉条纹是等距离的条纹, 因此，a、b图是干涉图样，c、d图是 衍射图样，故A项正确，B项错误；
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l 由公式 Δx＝ λ 可知， 条纹宽的入射光的 d 波长长，所以 a 图样的光的波长比 b 图 样的光的波长长，故 C 项错误；c 图样 的光的波长比 d 图样的光的波长长，故 D 项错误．
(2)亮、暗条纹的判断：Δr＝nλ(n＝ 0,1,2，„)，即到双缝的距离差为波长 亮 的整数倍的点出现_____条纹，Δr＝nλ
1 ＋ λ(n＝0,1,2，„),即到双缝的距离差 2 暗 为半波长奇数倍的点出现____条纹． L (3)条纹间距公式：Δx＝___λ. d
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(3/2)×400 nm＝3λ紫/2，
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则两列光波到达P1 点时振动情况完全
相反，即由S1 、S2 射出的光波到达P1
点时就相互削弱，因此,出现暗条纹．
综上所述，选项B正确．
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题型探究讲练互动
双缝干涉条纹的分析
例1
(2010· 高考江苏卷)如图14－3
(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．
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☞解题样板规范步骤，该得的分一分 不丢！ (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．(4分) (2)当温度为t1时，