高中物理全套讲义选修3-4 第4讲 物理光学(拔高版) 学生版讲义

物理光学

一、光的衍射

1.光的衍射

在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光

照射狭缝，我们看到，当缝比较宽时，光沿着直线通过狭缝，在屏上

产生一条与缝宽相当的亮条纹。但是，当缝调到很窄时，尽管亮条纹

的亮度有所降低，但是宽度反而增大了。这表明，光没有沿直线传播，而是绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方，这就是光的衍射现象。

1．衍射现象

光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象，叫做衍射。

2．产生明显衍射的条件

障碍物或孔（缝）的尺寸与波长相差不多或更小。

3．几种衍射图样

⑴单缝衍射：中央条纹最宽最亮，两侧对称分布不等间距的明暗相间条纹。

⑵圆孔衍射：中央亮圆亮度大，外围是明暗相间的圆环。

⑶正方形小孔衍射

典例精讲

【例1.1】（2019春•宛城区校级月考）1．下列说法正确的是（）

A．扬声器纸盆的振动是受迫振动，受迫振动的周期等于固有周期

B．我们在地球上接收到来自遥远星球的光波的频率变低，可以判断该星球正在靠近我们

C．“未见其人，先闻其声”的现象，说明声波比光波更易发生明显衍射

D．横波在传播过程中，波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期

【例1.2】（2019春•滨州月考）关于下列光学现象，说法正确的是（）

A．电磁波和其他可见光一样，也能产生衍射现象

B．水中蓝光的传播速度比红光的快

C．若用某光照射金属时恰好能发生光电效应，则用另一频率更大的光照射该金属时就不能发生光电效应

D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更窄

二、光的干涉

1．杨氏干涉实验

⑴实验装置介绍

如图所示，挡板上有两个狭缝1S、2S，平行激光束垂直于挡板照射到两小孔上，我们在挡板后的屏上观察实验现象。

屏上的干涉现象

⑵ 实验原理

如上图，我们取1P 点为研究对象。O 点是线段12S S 的中点，0P 点是屏上的点，且012OP S S ⊥。

设两缝之间的距离为d ，挡板与屏之间的距离为l ，1P

、0P 之间的距离为x ，1P 、1S 之间的距离为1r ，1P

、2S 之间的距离为2r 。 ①找路程差

在线段12P

S 上作111PM PS =，于是221S M r r =-。 ②数学处理

由于d l ，所以能够认为三角形12S S M 是直角三角形。

由三角函数的关系得，21sin r r d θ-=。

另一方面，tan sin x l l θθ=≈。

消去sin θ，有

21x r r d l -=。

③结果分析 当x d

k l λ=，即l x k d λ=时，1P 点为亮条纹。其中012k =，，， 当(21)2x d k l λ=+，即1()2l x k d λ=+时，1P 点为暗条纹。其中012k =，，，

典例精讲

【例1.1】（2019春•宝坻区校级月考）用红光照射杨氏实验中的双缝，在屏上呈现明暗相间的干涉条纹。如果将其中一条缝挡住，用红光只照射一条缝，那么在屏上呈现的是（）A．与原来的条纹间隔相同的均匀分布的明暗相间条纹

B．与原来的条纹间隔不同的不均匀分布的明暗相间条纹

C．没有明暗相间的条纹，只有一条红色亮纹

D．光源的像

【例1.2】（2019•天津一模）一束平行光照射在双缝上，在缝后屏上得到干涉条纹，下列说

法中不正确的是（）

A．增大双缝到屏的距离，条纹间距变大

B．入射光波长变短，光强不变，条纹间距不变

C．入射光频率变化时条纹间距跟着变化

D．在水里做该实验，同样条件下的条纹间距会变化

【例1.3】（2019•朝阳区一模）如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，某同学用黄色滤光片时得到一个干涉图样，为了使干涉条纹的间距变宽，可以采取的方法是（）

A．换用紫色的滤光片

B．换用红色的滤光片

C．使光源离双缝距离近一些

D．使光屏离双缝距离远一些

2．光的干涉现象

振动方向一致的两束光，若频率相同、相位差恒定，那么在它们相遇的区域会出现稳定的明

暗相间的条纹，这种现象叫做光的干涉。

3．条纹特点

⑴两个相邻的亮条纹或暗条纹中心之间的距离是：Δ

l

x

d

λ

=

。

⑵若用白光代替单色光做此实验，在中央亮白条纹的边缘处会出现彩色条纹。

白光的双缝干涉条纹

典例精讲

【例2.1】（2019春•吉阳区校级期末）如图所示，一束细光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知（）

A．a为波长较长的光

B．当它们在真空中传播时，a光的速度最大

C．分别用这三种光做光源，使用同样的装置进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最小

D．若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大

【例2.2】（2019春•遂宁期末）下列有关光现象的说法中正确的是（）

A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象

B．光导纤维丝的内芯材料的折射率比外套材料的折射率小