选修3-4 第二章 第2讲

n 1
为1.970 mm。
答案：(1)A (2)1.970
【总结提升】“用双缝干涉测光的波长”问题的解决方法 (1)明确双缝干涉条纹间距公式 x l 中各物理量的意义，其 中Δx是相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距，d是双缝之间的
d
距离，l是双缝到屏的距离，λ为光在真空中的波长。
(2)熟记求解相邻两条亮条纹或暗条纹间的距离的公式
l
波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。
【思考辨析】 (1)两个相同亮度的烛焰是相干光源。( )
(2)纵波也能发生偏振现象。(
(3)光的颜色取决于折射率。(
)
)
(4)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。(
)
(5)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。 ( )
(6)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。 ( ) )
【典例透析2】(2012·福建高考)在“用双缝干涉测光的波
长”实验中(实验装置如图)：
(1)下列说法哪一个是错误的______。 A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单 缝和双缝
B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与
该亮纹的中心对齐 C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求 出相邻两条亮纹间距 x a
知识点 3 1.偏振
光的偏振现象
Ⅰ
某一特定 光波只沿_________的方向的振动。
2.自然光
太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿 一切方向 强度 _________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 垂直 在_____于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光 横波 的偏振证明光是_____。自然光通过偏振片后，就得到了偏振
干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、衍射 都有明暗相间的条纹
2.自然光和偏振光的比较 自然光(非偏振光) 偏振光 自然光通过起偏 器后的光 在垂直于光的传 播方向的平面内, 光振动沿特定方 向
光的来源 直接从光源发出的光 在垂直于光的传播方 向的平面内,光振动沿 光的振动 任意方向,且沿各个方 方向 向振动的光的强度相 同
光的衍射
Ⅰ
1.发生明显衍射的条件
相差不多 只有当障碍物的尺寸与光的波长_________，甚至比光的波长
还小 _____的时候，衍射现象才会明显。 2.衍射条纹的特点 宽且亮 (1)单缝衍射：单色光的衍射图样为中间_______的单色条纹， 明暗相间 两侧是_________的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍
光。
知识点 4 1.实验目的
实验:用双缝干涉测光的波长
(1)观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 (2)测定单色光的波长。 2.实验原理 相邻两条明条纹间距Δ x与入射光波长λ ，双缝S1、S2间距d及
双缝与屏的距离l满足的关系式为： x l 。
3.实验器材
d
双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单 缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。
A、C、D错。
【总结提升】区分光的干涉和衍射 (1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹， 但其光学本质不同。 (2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可以从
条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分。
【变式训练】(1)如图所示，甲、乙、丙、丁四个图是不同的 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( )
A.甲、乙是光的干涉图样 B.丙、丁是光的干涉图样 C.形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短
D.形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短
(2)如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P 处迎着入射光方向，看不到光亮，则图中a光为_____光。图中 b光为______光。以SP为轴将B转过180°后，在P处_____(选填 “能”或“不能”)看到光亮，以SP为轴将B转过90°后，在P 处_____(选填“能”或“不能”)看到光亮。
(7)自然光是偏振光。(
分析:出自一个光源的两束光才是相干光源，(1)错。偏振现象
是横波特有的现象，(2)错。光的频率决定光的颜色，(3)错。
两列光波产生干涉时，频率必须相同，(4)对。在双缝干涉实
验中，双缝的作用是形成相干光源，(5)错。阳光下茂密的树
荫中地面上的圆形亮斑是小孔成像，(6)错。自然光不是偏振 光，经过偏振片后的自然光才是偏振光，(7)错。
③调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中
心，记下手轮上的读数a1;转动手轮，使分划板向一侧移动， 当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时，记下 手轮上的刻度数a2，则相邻两条纹间的距离 x a1 a 2 。 n 1 ④换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。 (3)数据处理。 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式 d x 计算
【解析】(1)选A。应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心 后再放上单、双缝，A选项不正确。目镜分划板中心应与亮纹 中心对齐，使得移动过程测出的条纹间距较为准确，B选项正 确。目镜移过n条亮纹，则亮条纹间距 x a ， C选项正确。 (2)主尺读数是1.5 mm，螺旋读数是47.0×0.01 mm，因此示数
测量值______(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
【解析】(1)为使屏上的干涉条纹清晰，灯丝与单缝和双缝必 须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行；由 x l 可 知，条纹的疏密程度与双缝间的距离、光的波长有关，所以选 项A、C、D正确。 (2)固定刻度读数为0.5 mm，可动刻度读数为20.4，所以测量
d
结果为(0.5+20.4×0.01) mm=0.704 mm。
(3)测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，
的波长λ真与介质的折射率n间的关系 介 真 ， 求出水中的波
n l 长，并用水中的波长代替 x 中的λ。 d
(4)将各物理量统一为国际单位制代入求解。
【变式训练】在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装
置如图甲所示。
(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验 现象后，总结出以下几点： A.灯丝和单缝以及双缝必须平行放置
纹。
2
彩色 白色 白光：光屏上出现_____条纹，且中央亮条纹是_____(填写 颜色)。 ③条纹间距公式：Δ x= l 。
d
(2)薄膜干涉。
反射 ①相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面_____的
两列光波。
②图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的 厚度 _____相等。
知识点 2
单缝衍射：条纹宽度不等，中央最宽，相邻条纹间距也不等。
(2)干涉条纹和衍射条纹的宽度与波长有何关系？
提示：波长越长，产生的干涉条纹和衍射条纹越宽。
【解析】选B。对于干涉条纹,明条纹和暗条纹在比较多的条数 之内都保持宽度相等,且波长越大,条纹越宽;对于衍射条纹,条 纹宽度中间大 ,两边逐渐减小。由于红光波长大于紫光波长, 故红光条纹比紫光条纹宽。因此,甲是红光干涉图样,乙是紫光 干涉图样,丙是红光衍射图样,丁是紫光衍射图样,故选项B对，
d
丙、丁图样光的波长的大小关系，D错。
(2)自然光沿各个方向发散，是典型的非偏振光，通过偏振片
后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光，即偏振光，从电 灯直接发出的光为自然光，故a光为自然光，它通过偏振片A后， 即变为偏振光，故b光为偏振光。设通过A的光沿竖直方向振动， 而人眼在P处逆着入射光方向看不到光亮，说明B偏振片的透振 方向为水平方向。将B转过180°后，P处仍无光亮，若将B转过 90°，则该偏振片的透振方向变为竖直方向，则偏振光能通过
【典例透析1】(2012·上海高考)如图为红光或紫光通过双缝 或单缝所呈现的图样，则( )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A.甲为紫光的干涉图样
B.乙为紫光的干涉图样 C.丙为红光的干涉图样 D.丁为红光的干涉图样
【解题探究】(1)从条纹的宽度和间距上如何区别双缝干涉和 单缝衍射？
提示：双缝干射：条纹宽度相等，相邻条纹间距也相等。
B，即在P处有光亮。
答案：(1)A (2)自然 偏振 不能 能
考点 2 用双缝干涉测光的波长(三年5考)
拓展延伸
【考点解读】
1.实验记忆口诀 亮光源、滤光片，单缝双缝成一线； 遮光筒、测量头，中间有屏把像留； 单缝双缝平行放，共轴调整不能忘； 分划线，亮条纹，对齐平行测得准； n条亮纹读尺数，相除可得邻间距；
x | a 2 a1 中各物理量的意义。 | n 1
a1是使分划板的中心刻线对齐某条亮纹的中央时记下的手轮上 的读数，将该条纹记为第1条亮纹，a2是转动手轮，使分划板 中心刻线移动至另一条亮纹的中央时记下的手轮上的读数，并 将该条纹记为第n条亮纹。
(3)若将装置放入水中，必须根据介质中的波长λ介、真空中
n 1
(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为_____mm。
【解题探究】(1)在“用双缝干涉测光的波长”实验中如何测
条纹间距？ 提示：测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两条亮条纹间距
x a 。 n 1
(2)使用螺旋测微器测长度读数时，应注意什么问题？ 提示：①应注意固定刻度上的半毫米刻度线是否露出。 ②应注意可动刻度在读数时应估读。
4.实验步骤
(1)安装仪器。
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
②接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高
度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。 ③安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝 的缝平行。
(2)观察与记录。 ①调单缝与双缝间距为5～10 cm时，观察白光的干涉条纹。 ②在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
缝距筒长记分明，波长公式要记清。
2.测量头的构造及使用
如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手
轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻度对齐
条纹的中心，如图乙，记下此时手轮上的读数。
两次读数之差就表示这两条条纹间的距离。 实际测量时，要测出n条明纹(暗纹)的宽度，设为a，那么
x a 。 n 1
考点 1 光的干涉、衍射及偏振(三年4考)
对比分析 【考点解读】 1.单缝衍射与双缝干涉的比较
两种现象
单缝衍射 比较项目 不 同 点 条纹宽度 条纹宽度不等,中央最 宽 中央条纹最亮,两边变 暗 条纹宽度相等 各相邻条纹等间距 条纹清晰,亮度基 本相等 双缝干涉
条纹间距 各相邻条纹间距不等 亮度情况 相 同 点
【解析】(1)选A。干涉条纹是等间距的条纹，衍射条纹是不等 间距的条纹。因此,甲、乙图是干涉图样，丙、丁图是衍射图 样，A正确，B错误。由公式 x l 可知，条纹宽度与l、d、 λ均有关，故无法判断甲图样与乙图样光的波长的大小关系， C错。丙、丁两图中由于缝的大小关系没有限定，故无法比较
B.干涉条纹与双缝垂直
C.干涉条纹的疏密程度与双缝的宽度有关 D.干涉条纹的间距与光的波长有关 以上几点中，你认为正确的是_____。
(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上
的示数如图乙所示。该示数为______mm。
(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向
上，如图丙所示。在这种情况下测量干涉条纹的间距Δ x时，
射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。
不等距 (2)圆孔衍射：明暗相间的_______圆环。
不透明 (3)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到_______(选填“透明”或
“不透明”)的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出 亮斑 现_____(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。
第2讲 光的波动性
知识点 1 1.产生条件
光的干涉
Ⅰ
频率 相同 两列光的_____相同，振动方向_____，且具有恒定的相位差， 才能产生稳定的干涉图样。
2.两种典型的干涉
(1)杨氏双缝干涉。
①原理如图所示。
②明、暗条纹的条件。
明暗相间 单色光：形成_________的条纹，中央为明条纹。
kλ a.光的路程差r2-r1=____(k=0，1,2„),光屏上出现明条纹。 b.光的路程差r2-r1= (2k+1) (k=0,1,2„),光屏上出现暗条