高考物理大一轮复习 第十三章 第2讲 光的干涉、衍射和偏振现象课件.ppt

一 光的干涉1 光的干涉 在两列光波的叠加区域 某些区域的光被加强 出现亮纹 某些区域的光被减弱 出现暗纹 且加强区域和减弱区域互相间隔的现象叫做 光的干涉现象 2 干涉的条件 两列 频率相同 振动步调差别恒定 即相位差恒定 的光相遇 3 典型的干涉实验 1 双缝干涉a 形成明暗条纹的条件 双缝处光振动情况完全相同 光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍处出现 亮条纹 与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现 暗条纹 b 条纹的特点 相邻明条纹 或暗条纹 的间距相等 且 x 其中 为波 长 d为双缝间距 l为缝到屏的距离 实验装置不变的条件下 红光的干涉条纹的间距最大 紫光的干涉条纹的间距最小 若换用白光 在屏上得到彩色条纹 且中央为白色 2 薄膜干涉a 薄膜干涉 利用薄膜 如肥皂膜 前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉 b 图样特点 同一条亮 或暗 条纹对应薄膜的厚度相等 单色光在肥皂膜上 上薄下厚 形成水平状的明暗相间的条纹 白光入射时形成彩色条纹 二 光的衍射1 光的衍射 光绕过 障碍物偏离 直线传播的现象 2 光发生明显衍射的条件 只有当障碍物的尺寸与光的波长相当 甚至比光的波长还小的时候 衍射现象才会明显 3 单缝衍射条纹的特点 单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹 两侧是明暗相间的条纹 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 两侧是窄且渐暗的彩色条纹 4 泊松亮斑 当光照到不透明的小圆板上 在圆板的阴影中心出现亮斑 在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环 三 光的偏振1 偏振 横波只沿某一特定的方向 振动 称为波的偏振 2 自然光 在垂直与传播方向上沿一切方向振动的光 而且沿着各个方向振动的光波的强度 都相同 如由太阳 电灯等普通光源发出的光 3 偏振光 在与光波传播方向垂直的平面内只沿着 某一个特定方向振动的光 如自然光经偏振片作用后的光 4 应用 利用偏振片摄影 观看立体电影等 1 1 薄膜干涉是薄膜前 后表面的反射光叠加产生的 所以要观察薄膜干涉条纹 应该从光源一侧观察 2 光的干涉和衍射现象说明了光是波 也能说明光是横波 3 在光学元件 透镜 棱镜 的表面涂一层薄膜 当薄膜的厚度是光在空气中波长的时 可起到减小反射光强度 增大透射光强度的作用 答案 1 2 3 2 多选 以下说法中正确的是 a 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉b 对于同一障碍物 波长越大的光波 越容易绕过去c 白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象d 用光导纤维传播信号是光的全反射的应用答案abd用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉 a正确 对于同一障碍物 波长越大的光波 越容易发生衍射 即越容易绕过去 b正确 白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种色散现象 c错误 用光导纤维传播信号是光的全反射的应用 d正确 3 如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表面是否平整的装置 a为标准样板 b为待测厚玻璃板 所用单色光是用普通光源加滤光片产生的 检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的 a a的上表面和b的下表面 b a的上 下表面c a的下表面和b的上表面d b的上 下表面 答案c本题是薄膜干涉的应用 本题易错选项是d 错选d是理解为检查的样品是b 故干涉是发生在b的上 下表面 4 关于单缝衍射图样 以下说法正确的是 a 黄光和蓝光透过相同宽度的狭缝衍射时 黄光的中央条纹较窄 条纹间距较小b 在单缝衍射中 狭缝越窄 中央亮条纹的宽度也越窄 明暗条纹间距离越小c 单色光单缝衍射图样是明暗相间的平行条纹 且各亮条纹的高度和宽度基本相同d 用白光观察单缝衍射 中央亮条纹最宽 且是白色的答案d在单缝衍射中 入射光波长越大 狭缝越窄 中央亮条纹越宽 相邻条纹间距越大 单缝衍射的条纹宽度和亮度不相同 其中中央亮条纹最宽最亮 越向外条纹越窄 亮度越小 故a b c选项错误 白光的单缝衍射 图样中中央亮条纹最宽且为白色 而两侧出现明暗相间的彩色条纹 故d选项正确 1 衍射与干涉的比较 重难一对波的干涉和衍射的理解 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 a b光束在棱镜中传播速度较大b b光的频率大于a光的频率c 在完全相同的条件下做双缝干涉实验 a光对应的干涉条纹间距较宽d 在其他条件不变的情况下 当顶角a增大时 b光束一定不会在ac面上发生全反射 典例1 多选 两束平行单色光a b垂直射入截面为直角三角形的棱镜abc 从另一面ac射出时的光束为a b 如图所示 以下说法正确的是 解析a b两束光直射到ac界面 发生折射现象 入射角相同的情况下 b光的偏折厉害些 则b光的折射率大 b光的频率大 b光的波长短 b正确 再由n 知 折射率大的光传播速度小 a错误 由干涉条纹的间距公式 x 知 波长长的光对应的干涉条纹间距宽 c正确 当顶角a增大时 b光的入射角增大 达到临界角时 可以发生全反射 d错误 答案bc 1 1在信息技术迅猛发展的今天 光盘是存储信息的一种重要媒介 光盘上的信息通常是通过激光束来读取的 若红 蓝激光束不是垂直投射到盘面上 则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向 如图所示 下列说法中正确的是 a 图中光束 是红光 光束 是蓝光b 在光盘的透明介质层中 光束 比光束 传播速度更快c 若光束 从透明介质层以相同且逐渐增大的入射角射向空气中 则 先发生全反射d 若光束 先后通过同一小孔 则 衍射现象更明显答案c解析由图可知 光折射程度大 则其折射率大 光折射程度小 则其折射率小 故 光为蓝光 光为红光 a错 由折射率公式n 知 在透明介质层中光束 比光束 传播速度慢 b错 由sinc 知 光束 的临界角比光 束 的小 因此 先发生全反射 故c对 由 c 知 光束 的波长比光束 的小 故光束 先后通过同一小孔 则 衍射现象更明显 d错 1 2下列说法正确的是 a 用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象b 用x光机透视人体是利用光电效应c 光导纤维传输信号是利用光的干涉现象d 门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象答案a解析用分光镜观测光谱是利用了不同色光的折射率不同 a对 用x光机透视人体是利用了x光的穿透能力强 b错 光导纤维传输信号利用了光的全反射现象 c错 门镜扩大视野利用了光的折射现象 d错 故选a 1 利用双缝干涉测量光波的波长 即利用 x 可求得波长 x x为相邻两条亮 暗 条纹间的距离 2 薄膜干涉的应用 1 检查精密零件的表面是否平整 重难二光的干涉在实际中的应用 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 使标准样板的平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层 单色光从上面照射 入射 光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加 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的情况 如图所示 2 增透膜在光学元件 透镜 棱镜 的表面涂上一层薄膜 如氟化镁 当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时 在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长 因而相互抵消 达到减小反射光 增大透射光强度的目的 如图所示 就是一种光热转换装置 它的主要转化器件是真空玻璃管 这些玻璃管将太阳能转化成水的内能 真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光 使尽可能多的太阳能转换成热能 这种镀膜技术的物理依据是 a 光的直线传播b 光的粒子性 典例2光热转换是将太阳能转换为其他物质内能的过程 太阳能热水器 c 光的干涉d 光的衍射 解析真空玻璃管上的镀膜是一层增透膜 利用了光的薄膜干涉的原理 故选项c正确 答案c a 当金属线圈旋转30 时 干涉条纹同方向旋转30 b 当金属线圈旋转45 时 干涉条纹同方向旋转90 c 当金属线圈旋转60 时 干涉条纹同方向旋转30 d 干涉条纹保持不变答案d 2 1用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象 图甲是点燃的酒精灯 在灯芯上洒些盐 图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈 将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转 观察到的现象是 解析金属线圈的转动 改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状 由干涉原理可知干涉条纹与金属线圈在该竖直平面内的转动角度无关 仍然是水平的干涉条纹 a b c错误 d正确 2 2 多选 把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上 一端用薄片垫起 构成空气劈尖 让单色光从上方射入 如图所示 这时可以看到明暗相间的条纹 下面关于条纹的说法中正确的是 a 干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果b 干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 c 将上玻璃板平行上移 条纹向着劈尖移动d 观察薄膜干涉条纹时 应在入射光的另一侧 答案ac解析根据薄膜干涉的产生原理 上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成的 当波峰与波峰 波谷与波谷相遇叠加时 振动加强 形成亮条纹 所以a项对 b项错 因相干光是反射光 故观察薄膜干涉时 应在入射光的同一侧 故d项错误 条纹的位置与空气膜的厚度是对应的 当上玻璃板平行上移时 同一厚度的空气膜向劈尖移动 故条纹向着劈尖移动 故c项正确 两种干涉现象中亮暗条纹的判断方法1 双缝干涉实验双缝s1 s2之间距离为d 双缝到屏间的距离为l 屏上一点p到双缝的距离分别为r1和r2 由图可知双缝s1和s2到屏上p点的路程差为 x 光程差 x r2 r1若光程差 x是波长 的整数倍 即 x n n 0 1 2 3 p点将出现亮条纹 如图甲所示 若光程差 x是半波长的奇数倍 即 x n 0 1 2 3 p点将出现暗条纹 如图乙所示 据条纹间距与波长的关系 x 可知 条纹间距与单缝到双缝之间的距离无关 与缝本身的宽度也无关 2 薄膜干涉如图所示 竖直的肥皂薄膜 由于重力的作用 形成上薄下厚的楔形 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 并且叠加 1 在p1 p2处 两个表面反射回来的两列光波的路程差 x等于波长的整数 倍 x n n 1 2 3 波峰和波峰叠加 波谷和波谷叠加 使光波振动加强 形成亮条纹 2 在q处 两列反射回来的光波的路程差 x等于半波长的奇数倍 x 2n 1 n 1 2 3 反射回来的两列光 波峰和波谷叠加 使光波振动抵消 形成暗条纹 根据上述分析 可知在薄膜上形成明暗相间的干涉条纹 典例用氦氖激光器进行双缝干涉实验 已知使用的双缝间的距离d 0 1mm 双缝到屏的距离l 6 0m 测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3 8cm 氦氖激光器发出的红光的波长 是多少 假如把整个装置放入折射率是4 3的水中 这时屏上的条纹间距是多少 解析由条纹间距 x 双缝间距d 双缝到屏的距离l及波长 的关系 可计算光波的波长 同理知道水的折射率 可计算该波在水中的波长 然后由 x d l 的关系 可计算条纹间距 由 x 可以得出红光的波长为 x m 6 3 10 7m激光器发出的红光的波长是6 3 10 7m 如果整个装置放入水中 激光器发出的红光在水中的波长为 m 4 7 10 7m