高考物理总复习（高考备考导航+基础要点整合+解题素能培养+考点核心突破+训练高效提能）11.4 光的干涉现象、衍射和偏振课件.ppt

第四节光的干涉现象 衍射和偏振 一 光的干涉现象 知识梳理1 杨氏双缝干涉 1 原理如图11 4 1所示 图11 4 1 由同一个狭缝发出的光经双缝后形成两束振动情况总是的相干光波 2 现象 单色光照射 屏上出现的条纹 中央为条纹 白光照射 屏上出现条纹 中央为 3 明 暗条纹的条件 光的路程差r2 r1 k k 0 1 2 光屏上出现 条纹 相同 明暗相间 亮 彩色 白色 明 暗 2 薄膜干涉 1 如图11 4 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 图11 4 2 光照射到薄膜上时 在膜的前表面aa 和后表面bb 分别反射回来 形成两列频率相同的光波相互叠加 2 现象 单色光照射 出现的水平条纹 白光照射 出现的水平条纹 3 明 暗条纹的条件 亮纹条件 在p1 p2处 薄膜厚度的2倍为前后表面反射光的光程差 当光程差等于波长整数倍时形成亮条纹 暗纹条件 在q处 光程差等于半波长的奇数倍 形成暗条纹 明暗相间 彩色 4 应用 利用光的干涉检查平整度 增透膜 自主检测1 2014 四川省广元市第二次诊断 在双缝干涉实验中 保持狭缝间的距离和狭缝到屏的距离都不变 用不同的色光实验时 下列叙述正确的是a 紫光的干涉条纹间距最大b 红光的干涉条纹间距最大c 红光和紫光的干涉条纹间距一样大d 用白光照射会出现白色干涉条纹答案b 二 光的衍射 知识梳理1 光的衍射 光绕过障碍物偏离传播的现象 2 光发生明显衍射的条件 在障碍物的尺寸可以跟光的波长 甚至比光的波长的时候 衍射现象才会明显 3 衍射图样 1 单缝衍射 单色光的衍射图样为中间的单色条纹 两侧是的条纹 条纹宽度比中央窄且暗 白光的衍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 直线 相比 还小 宽且亮 明暗相间 2 圆孔衍射 明暗相间的不等间距的 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 在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环 圆环 亮斑 自主检测2 对于光的衍射的定性分析 下列说法中不正确的是a 只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候 才能明显地产生光的衍射现象b 光的衍射现象是光波相互叠加的结果c 光的衍射现象否定了光的直线传播的结论d 光的衍射现象说明了光具有波动性答案c 三 光的偏振 知识梳理1 偏振 光波只沿某个特定的方向振动 称为光的偏振 光的偏振证明光是 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一切方向振动的光 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 只沿一个特定方向振动的光 叫做偏振光 横波 强度 垂直 4 由自然光获得偏振光的方法 1 让自然光通过偏振片 2 让自然光在介质表面以适当角度入射 相互垂直的反射光和折射光都为偏振光 5 偏振光的应用 应用于照相机镜头 立体电影 消除车灯眩光等 自主检测3 2012 江苏理综 如图11 4 3所示 白炽灯的右侧依次平行放置偏振片p和q a点位于p q之间 b点位于q右侧 旋转偏振片p a b两点光的强度变化情况是 图11 4 3 a a b均不变b a b均有变化c a不变 b有变化d a有变化 b不变解析白炽灯光经过偏振片p后成为偏振光 旋转p时p q间偏振光的振动方向改变 但光的强度不变 b d错误 由于偏振片q的透振方向不变 故旋转p时q右侧的偏振光强度发生周期性变化 故a错误 c正确 答案c 考点一光的双缝干涉 如图11 4 4所示 在双缝干涉实验中 s1和s2为双缝 p是光屏上的一点 已知p点与s1 s2距离之差为2 1 10 6m 分别用a b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 图11 4 4 1 已知a光在折射率为1 5的介质中波长为4 10 7m 2 已知b光在某种介质中波长为3 15 10 7m 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 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 答案 1 暗条纹 2 亮条纹 3 见解析 规律总结 1 如图11 4 5所示 在杨氏双缝干涉实验中 激光的波长为5 30 10 7m 屏上p点距双缝s1和s2的路程差为7 95 10 7m 则在这里出现的应是 选填 明条纹 或 暗条纹 现改用波长为6 30 10 7m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 选填 变宽 变窄 或 不变 突破训练 图11 4 5 考点二薄膜干涉现象 2 白光 薄膜上出现水平彩色条纹 在研究材料a的热膨胀特性时 可采用如图11 4 6所示的干涉实验法 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 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 当温度为t1时最亮 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 图11 4 6 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 2 劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如图11 4 7甲所示 将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上 在一端夹入两张纸片 从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜 当光垂直入射后 从上往下看到的干涉条纹如图乙所示 干涉条纹有如下两个特点 突破训练 图11 4 7 1 任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等 2 任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定 现若在图甲装置中抽去一张纸片 则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后 从上往下观察到的干涉条纹将如何变化 答案变疏 1 衍射与干涉的比较 考点三光的衍射现象的理解 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 下列有关单缝衍射的说法正确的是a 同种单色光照射时 缝越窄 屏上被照亮的宽度越大 但亮度减小b 同种单色光照射时 缝越宽 屏上被照亮的宽度越大 亮度也越大c 把频率低的单色光改为频率较高的单色光 衍射现象会变明显d 把空气中的实验装置移到水中 衍射现象会变得不明显 解析 同种单色光照射时 缝越窄 屏上被照亮的宽度越大 但因透过光的能量减小 亮度减小 a正确 b错误 频率低的单色光波长较长 把频率低的单色光改为频率较高的单色光 衍射现象会变得不明显 c错误 把空气中的实验装置移到水中 光的波长变短 衍射现象会变得不明显 d正确 答案 ad 特别提醒 光在任何情况下都可以发生衍射现象 只是有明显与不明显的差别 3 2014 龙岩模拟 如图11 4 8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 突破训练 图11 4 8 a a b是光的干涉图样b c d是光的干涉图样c 形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短d 形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短答案a 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 考点四光的偏振现象的理解 特别提醒 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 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 光的偏振现象说明了光波是横波 2 应用 照相机镜头 立体电影 消除车灯眩光等 如图11 4 9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a 图中a光为偏振光b 图中b光为偏振光c 以sp为轴将b转过180 后 在p处将看到光亮d 以sp为轴将b转过90 后 在p处将看到光亮 图11 4 9 解析 自然光沿各个方向发散是均匀分布的 通过偏振片后 透射光是只沿着某一特定方向振动的光 从电灯直接发出的光为自然光 则a错 它通过a偏振片后 即变为偏振光 则b对 设通过a的光沿竖直方向振动 p点无光亮 则b偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光 将b转过180 后 p处仍无光亮 c错 若将b转过90 则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片 则偏振光能通过b 即在p处有光亮 d对 答案 bd 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 一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 突破训练 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 可以看到彩色条纹答案d 随堂演练 1 双缝干涉实验装置如图11 4 10所示 双缝间的距离为d 双缝到像屏的距离为l 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 图11 4 10 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变大 2 如图11 4 11所示的双缝干涉实验 用绿光照射单缝s时 在光屏p上观察到干涉条纹 要得到相邻条纹间距更大的干涉图样 可以a 增大s1与s2的间距b 减小双缝屏到光屏的距离c 将绿光换为红光d 将绿光换为紫光答案c 图11 4 11 3 下列说法中正确的是a 无影灯利用的是光的衍射原理b 全息照片用激光来拍摄 主要是利用了激光的相干性c 拍摄玻璃橱窗内的物品时 在镜头前加一个偏振片可以减少反射光的强度d 在光的双缝干涉实验中 将入射光由红光改为紫光 则条纹间距变宽答案bc 4 如图11 4 12所示 一束复色光由真空射向半圆形玻璃砖的圆心 经玻璃砖后分为两束单色光a b 则a 玻璃中a光波长大于b光波长b 玻璃中a光折射率大于b光折射率c 逐渐增大入射角i a光比b光先发生全反射d 利用同一双缝干涉实验装置 a光产生的干涉条纹间距比b光大答案ad 图11 4 12 5 用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验 比普通光源效果更好 图象更清晰 如果将感光元件置于光屏上 则不仅能在光屏