【步步高】高考物理大一轮 第十二章 第4课时 光的干涉　衍射和偏振 新人教版选修34.doc

第4课时光的干涉衍射和偏振导学目标 1.掌握光的干涉现象产生的条件，特别是双缝干涉中出现明暗条纹的条件及判断方法.2.掌握光产生明显衍射的条件，以及衍射与干涉现象的区别.3.掌握光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用一、光的干涉 基础导引1在双缝干涉实验中，光屏上某点p到双缝s1、s2的路程差为7.5107 m，如果用频率6.01014 hz的黄光照射双缝，试通过计算分析p点出现的是亮条纹还是暗条纹2描绘地势高低可以用等高线，描绘静电场可以用等势线，薄膜干涉条纹实际上是等厚线，同一干涉条纹上各个地方薄膜的厚度是相等的利用光的干涉检查平整度时，观察到了干涉条纹的形状，就等于知道了等厚线的走向，因而不难判断被检测平面的凹下或凸出的位置为什么薄膜干涉条纹是等厚线？知识梳理1双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是_的相干光波屏上某点到双缝的路程差是_时出现亮条纹；路程差是半波长的_时出现暗条纹相邻的明条纹(或暗条纹)之间的距离x与波长、双缝间距d及屏到双缝的距离l之间的关系为_2薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)_反射的光相遇而形成的图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度_特别提醒1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样2单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹二、光的衍射基础导引太阳光照着一块遮光板，遮光板上有一个较大的三角形孔太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑请说明：遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的图形将怎样变化？说出其中的道理知识梳理1光_的现象叫光的衍射2发生明显衍射的条件：只有在障碍物的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象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亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)特别提醒1.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三、光的偏振基础导引市场上有一种太阳镜，它的镜片是偏振片偏振片与普通的有色玻璃片相比有什么优点？安装镜片时它的透振方向应该沿什么方向？利用偏振眼镜可以做哪些实验、做哪些检测？知识梳理1偏振：光波只沿_的方向振动，称为光的偏振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_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，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振光光的偏振证明光是_自然光通过偏振片后，就得到了偏振光特别提醒1.自然光通过偏振片后，就变成了偏振光2平时我们所见的光，除直接从光源射来的以外都是不同程度的偏振光.考点一光的干涉考点解读1明暗条纹的判断方法(1)单色光a如图1所示，光源s1、s2发出的光到屏上p点的路程差r2r1k(k0,1,2)时，光屏上出现明条纹b光的路程差r2r1(2k1)(k0,1,2)时，光屏上出现暗条纹图1(2)白光：光屏上出现彩色条纹(3)中央条纹为明条纹2双缝干涉是等间距的，相邻明条纹(或暗条纹)间的距离与波长成正比(装置已确定的情况下)利用双缝干涉实验可测量光波的波长3薄膜干涉(1)如图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2(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面aa和后表面bb分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加(3)原理分析单色光a在p1、p2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差r等于波长的整数倍rn(n1,2,3)，薄膜上出现明条纹b在q处，两列反射回来的光波的路程差r等于半波长的奇数倍r(2n1)(n0,1,2,3)，薄膜上出现暗条纹白光：薄膜上出现水平彩色条纹4薄膜干涉的应用干涉法检查平面如图3所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明图3暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲典例剖析例1如图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2.1106 m，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4(1)已知a光在折射率为n1.5的介质中波长为4107 m；(2)已知b光在某种介质中波长为3.15107 m，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跟踪训练1如图5所示，在双缝干涉实验中，已知ss1ss2，且s1、s2到光屏上p点的路程差r1.5106 m.(1)当s为0.6 m的单色光源时，在p点处将形成_条纹图5(2)当s为0.5 m的单色光源时，在p点处将形成_条纹(均选填“明”或“暗”)例2用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25 mm，在距离双缝为1.2 m处的光屏上，测得5条亮纹间的距离为7.5 mm.求这种单色光的波长探究所得掌握条纹间距公式x.跟踪训练2薄膜干涉在科学技术上有很大应用如图6甲是干涉法检查平面示意图，图乙是得到的干涉图样，则干涉图样中条纹弯曲处的凹凸情况是_(选填“上凸”或“下凹”)图6考点二衍射与干涉的比较考点解读1衍射与干涉的比较 两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹特别提醒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典例剖析例3在杨氏双缝干涉实验中，如果 ()a用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹b用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹c用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹d用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹跟踪训练3在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图7的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是 ()图7aa、c bb、c ca、d db、d考点三光的偏振考点解读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注意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光波是横波(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等典例剖析例4(1)肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是_现象；露珠在太阳光照射下呈现的彩色是_现象；通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是_现象(2)凡是波都具有衍射现象，而把光看作直线传播的条件是_.要使光产生明显的衍射，条件是_(3)当狭缝的宽度很小并保持一定时，分别用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的主要区别是_(4)如图8所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片p和q，以光的传播方向为轴旋转偏振片p或q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明_图8跟踪训练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a组光的干涉1关于光的干涉，下列说法中正确的是 ()a在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的b在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个明条纹间距将变宽c只有频率相同的两列光波才能产生干涉d频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定2.双缝干涉实验装置如图9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9a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增大3用如图10所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈，将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是 ()图10a当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30b当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90c当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30d干涉条纹保持原来状态不变b组光的衍射和偏振4如图11所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴，现让太阳光沿轴线通过光屏m上的小孔照射到固定不动的偏振片p上，再使偏振片q绕轴匀速转动一周，则关于光屏n上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是 ()图11a光屏n上光的亮度保持不变b光屏n上光的亮度会时亮时暗c光屏n上有两条与偏振片p、q透振方向对应的亮线d光屏n上只有一条亮线随偏振片转动而转动5用单色光通过小圆盘和小圆孔分别做衍射实验，在光屏上得到衍射图形，则 ()a用小圆盘时，图形中央是暗的，用小圆孔时，图形中央是亮的b用小圆盘时，图形中央是亮的，用小圆孔时，图形中央是暗的c两个图形中央均为亮点的同心圆形条纹d两个图形中央均为暗点的同心圆形条纹课时规范训练(限时：30分钟)一、选择题1关于光的干涉现象，下列说法正确的是 ()a在波峰与波峰叠加处，将出现亮条纹；在波谷与波谷叠加处，将出现暗条纹b在双缝干涉实验中，光屏上距两狭缝的路程差为1个波长的某位置，将出现亮纹c把入射光由黄光换成紫光，两相邻明条纹间的距离变窄d当薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等图12图1是双缝干涉实验装置的示意图，s为单缝，s1、s2为双缝，p为光屏用绿光从左边照射单缝s时，可在光屏p上观察到干涉条纹下列说法正确的是 ()a减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小b增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大c将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小d将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大3在单缝衍射实验中，下列说法正确的是 ()a其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄b其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄c其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽d其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽4下列有关光现象的说法正确的是 ()a在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大b以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射c紫光从空气射向水中，只要入射角足够大，就可以发生全反射d拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度5如图2所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的透振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化设起偏器和检偏器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是 ()图2a到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大b到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大c到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小d到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小图36双缝干涉实验装置如图3所示，绿光通过单缝s后，投射到具有双缝的挡板上，双缝s1和s2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹屏上o点距双缝s1和s2的距离相等，p点是距o点最近的第一条亮条纹如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上o点及其上方的干涉条纹的情况是 ()ao点是红光的亮条纹bo点不是蓝光亮条纹c红光的第一条亮条纹在p点的上方d蓝光的第一条亮条纹在p点的上方二、非选择题7如图4所示，是研究激光相干性的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝s1、s2，由s1、s2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹，已知入射激光的波长是，屏上的p点到两狭缝s1、s2的距离相等，如果把p处的亮条纹记作0号条纹，由p向上数，与0号亮条纹相邻的亮纹依次是1号条纹、2号条纹则p1处的亮纹恰好是10号条纹设直线s1p1的长度为l1，s2p1的长度为l2，则l2l1等于多少？图4复习讲义基础再现一、基础导引1.暗