高考物理一轮复习 14.3 光的波动性(光的本性)总教案

光的波动性(光的本性)

一、光的干涉 一、光的干涉现象

两列波在相遇的叠加区域，某些区域使得“振动”加强，出现亮条纹；某些区域使得振动减弱，出现暗条纹。振动加强和振动减弱的区域相互间隔，出现明暗相间条纹的现象。这种现象叫光的干涉现象。

二、产生稳定干涉的条件：

两列波频率相同，振动步调一致(振动方向相同)，相差恒定。两个振动情况总是相同的波源，即相干波源

1.产生相干光源的方法（必须保证γ相同）。 ⑴利用激光 (因为激光发出的是单色性极好的光)；

⑵分光法(一分为二)：将一束光分为两束．．．．．．．频率和振动情况完全相同的光。(这样两束光都来源于同一个光源,频率必然相等)

下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图 点(或缝)光源分割法：杨氏双缝(双孔)干涉实验；利用反射得到相干光源：薄膜干涉 利用折射得到相干光源：

2．双缝干涉的定量分析

如图所示，缝屏间距L 远大于双缝间距d ，O 点与双缝S 1和S 2等间距，则当双缝中发出光同时射到O 点

附近的P 点时，两束光波的路程差为 δ=r 2－r 1；由几何关系得：r 12=L 2+(x －2d )2， r 22=L 2+(x+2

d

)2. 考虑到 L 》d 和 L 》x ，可得 δ=

L

dx

.若光波长为λ， ⑴亮纹：则当δ=±k λ(k=0,1,2,…) 屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍时，两束光叠加干涉加强； ⑵暗纹：当δ=±(2k －1)2

λ

(k=0,1,2,…)屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍时，两束光叠加干涉减弱，

据此不难推算出： (1)明纹坐标 x=±k

d L λ (k=0，1，2，…） (2)暗纹坐标 x=±(2k －1) d L ·2

λ (k=1，2，…）

S

1

S

d S

a c

b

测量光波长的方法 (3)条纹间距[相邻亮纹(暗纹)间的距离] △x=

d

L

λ. (缝屏间距L ，双缝间距d) 用此公式可以测定单色光的波长。则出n 条亮条纹(暗)条纹的距离a,相邻两条亮条纹间距

1

-n a

)

1(-=∆=n a L d x L d λ 用白光作双缝干涉实验时,由于白光内各种色光的波长不同,干涉条纹间距不同,所以屏的中央是白色亮纹,两边出现彩色条纹。

结论：由同一光源发出的光经两狭缝后形成两列光波叠加产生．

①当这两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时，即δ=k λ，该处的光互相加强，出现亮条纹； ②当到达某点的路程差为半波长奇数倍时，既δ=)12(2

-n λ

，该点光互相消弱，出现暗条纹；

③条纹间距与单色光波长成正比．λd

l

x

=

∆ (∝λ)， 所以用单色光作双缝干涉实验时，屏的中央是亮纹，两边对称地排列明暗相同且间距相等的条纹 用白光作双缝干涉实验时，屏的中央是白色亮纹，两边对称地排列彩色条纹，离中央白色亮纹最近的是紫色亮纹。

原因：不同色光产生的条纹间距不同，出现各色条纹交错现象。所以出现彩色条纹。

将其中一条缝遮住：将出现明暗相间的亮度不同且不等距的衍射条纹

3．薄膜干涉现象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的两列光波叠加而成．劈形薄膜干涉可产生

平行相间条纹，

两列反射波的路程差Δδ,等于薄膜厚度d 的两倍，即Δδ=2d 。 由于膜上各处厚度不同，故各处两列反射波的路程差不等。 若：Δδ=2d =nλ(n =1,2…)则出现明纹。

Δδ=2d =(2n -1)λ/2(n =1,2…)则出现暗纹。

应注意：干涉条纹出现在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散现象。

单色光明暗相间条纹，彩色光出现彩色条纹。

薄膜干涉应用：肥皂膜干涉、两片玻璃间的空气膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛顿环、蝴蝶翅膀

的颜色等。

光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的两列光叠加。看到膜上出现明暗相间的条纹。

(1)透镜增透膜(氟化镁)：透镜增透膜的厚度应是透射光在薄膜中波长的1／4倍。使薄膜前后两

面的反射光的光程差为半个波长，(ΔT =2d =½λ，得d =¼λ)，故反射光叠加后减弱。大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。光谱中央部分的绿光对人的视觉最敏感，通过时完全抵消，边缘的红、紫光没有显著削弱。所有增透膜的光学镜头呈现淡紫色。

从能量的角度分析E入=E反+E透+E吸。在介质膜吸收能量不变的前提下，若E反=0，则E透最大。增强透射光的强度。

(2)“用干涉法检查平面”：如图所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凸起来，则对应明纹(或暗纹)提前出现，如图甲所示；如果某处凹下，则对应条纹延后出现，如图乙所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上。)

注意：由于发光物质的特殊性，任何独立的两列光叠加均不能产生干涉现象。只有采用特殊方法从同一光源分离出的两列光叠加才能产生干涉现象。

4．光的波长、波速和频率的关系v＝λf。光在不同介质中传播时，其频率f不变，其波长λ与光在介质中的波速v成正比．色光的颜色由频率决定，频率不变则色光的颜色也不变。

二、光的衍射。

1.光的衍射现象是光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象．

单缝衍射：中央明而亮的条纹，两侧对称排列强度减弱，间距变窄的条纹。

圆孔衍射：明暗相间不等距的圆环，（与牛顿环有区别的）

2.泊松亮斑：当光照到不透光的极小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑。当形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。

【趣味故事】法国数学家柏松(波动学说反对者)菲涅耳的光波动理论推算出圆板阴影中心应有一个亮斑。由于从来没人报道这件事情，当时的实验条件也无法在影子的中央找到亮斑，似乎十分茺谬的。柏松以为驳倒了菲涅耳的波动理论，事于愿违：后来实验的精确和改进，在圆板影的中心确实找到了这样一个亮斑。这一亮斑的发现，柏松反而为光的波动理论帮了大忙，光的波动理论反而被确切无疑证实了。

3.各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。至使轮廓模糊不清，

4.产生明显衍射的条件：

障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。(当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm时，有明显衍射现象)

Δd≤300λ当Δd=0.1mm=1300λ时看到的衍射现象就很明显了。

小结：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，但存在明显的区别：单色光的衍射条纹与干涉条纹都是明暗相间分布，但衍射条纹中间亮纹最宽，两侧条纹逐渐变窄变暗，

干涉条纹则是等间距，明暗亮度相同。

白光的衍射条纹与干涉条纹都是彩色的。

意义：①干涉和衍射现象是波的特征：证明光具有波动性。λ大，干涉和衍射现明显，越容易观察到