高考物理一轮复习 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 基础课时4 光的干涉、衍射和偏振 激光课件（选修34）.ppt

基础课时4光的干涉 衍射和偏振激光 知识梳理 知识点一 光的干涉1 产生条件 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 原理如图1所示 图1 频率 相同 明 暗条纹的条件 单色光 形成 的条纹 中央为明条纹 a 光的路程差 r r2 r1 k 0 1 2 光屏上出现明条纹 b 光的路程差 r r2 r1 k 0 1 2 光屏上出现暗条纹 白光 光屏上出现 条纹 且中央亮条纹是 填写颜色 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式 x 明暗相间 k 彩色 白色 2 薄膜干涉 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 图样特点 同双缝干涉 同一条亮 或暗 纹对应薄膜的 相等 单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹 白光照射薄膜时 形成彩色条纹 知识点二 光的衍射偏振1 光的衍射 1 发生明显衍射的条件 只有当障碍物的尺寸与光的波长 甚至比光的波长 的时候 衍射现象才会明显 不多 反射 厚度 相差 还小 2 衍射条纹的特点 单缝衍射和圆孔衍射图样的比较 明暗 相间 越弱 越小 逐渐变暗 变窄 明暗相间 减小 同心圆环 越 弱 越小 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现 在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环 2 光的偏振现象 1 偏振光波只沿 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 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 不透明 亮斑 某一特定 一切方向 强度 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 光的偏振证明光是 自然光通过偏振片后 就得到了偏振光 垂直 横波 知识点三 激光的特点及应用1 是相干光 具有高度的相干性 可用来传递信息 2 平行度非常好 可用来进行精确测距 3 亮度高 利用激光束来切割 焊接及在很硬的材料上打孔 思考 下列说法是否正确 正确的画 错误的画 1 横波 纵波都能发生偏振现象 2 当振动情况完全相同的两个光源与屏上某点的距离之差等于0时 出现亮条纹 3 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 4 阳光在水面的反射光是偏振光 答案 1 2 3 4 诊断自测 1 下列属于光的干涉现象的是 解析图a属于单缝衍射 图b属于薄膜干涉 图c属于薄膜干涉 图d属于白光的色散 故属于光的干涉现象的是b c 答案bc 2 单色光源发出的光经一狭缝 照射到光屏上 可观察到的图样是下图中的 解析光的双缝干涉条纹是等间距 等宽度的明暗相间的条纹 而在光的单缝衍射图样中 中间是宽度最大 最亮的明纹 在中央条纹两边的明条纹宽度越来越小 亮度也越来越低 故只有a正确 答案a 3 下述实验现象中 由于光的干涉而形成的现象有 a 水面上油膜的彩色条纹b 肥皂泡上的彩色条纹c 两块捏紧在一起的玻璃片上的彩色条纹d 通过两支铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩色条纹解析水面上油膜 肥皂泡 两块捏紧在一起的玻璃片上产生的彩色条纹均为薄膜干涉 油膜上的彩色条纹是由于光经油膜上 下表面反射相遇干涉而形成的 肥皂泡上的彩色条纹是光经肥皂薄膜的前 后表面反射相遇干涉而形成的 两块捏紧在一起的玻璃片上的彩色条纹是光经玻璃片之间的空气层的上 下表面反射相遇干涉而形成的 而通过两支铅笔的狭缝所看到的日光灯的彩色条纹是单缝衍射的结果 答案abc 4 如图2所示 偏振片p的透振方向 用带有箭头的实线表示 为竖直方向 下列四种入射光束中 能在p的另一侧观察到透射光的是 图2a 太阳光b 沿竖直方向振动的光c 沿水平方向振动的光d 沿与竖直方向成45 角方向振动的光 解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过 当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时 透射光的强度不同 它们平行时最强 而垂直时最弱 太阳光是自然光 光波可沿任何方向振动 所以在p的另一侧能观察到透射光 沿竖直方向振动的光 振动方向与偏振片的透振方向相同 当然可以看到透射光 沿水平方向振动的光 其振动方向与透振方向垂直 所以看不到透射光 沿与竖直方向成45 角方向振动的光 其振动方向与透振方向不垂直 仍可看到透射光 答案abd 5 在观察光的双缝干涉现象的实验中 1 将激光束照在如图3乙所示的双缝上 在光屏上观察到的现象是图3甲中的 图3 2 换用间隙更小的双缝 保持双缝到光屏的距离不变 在光屏上观察到的条纹宽度将 保持双缝间隙不变 减小光屏到双缝的距离 在光屏上观察到的条纹宽度将 以上均选填 变宽 变窄 或 不变 答案 1 a 2 变宽变窄 考点一光的干涉及衍射单缝衍射与双缝干涉的比较 例1 关于杨氏双缝干涉实验 下列说法正确的是 a 单缝的作用是获得频率相同的两相干光源b 双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源c 光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹d 照射到单缝的单色光的频率越高 光屏上出现的条纹越宽 答案b 例2 抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细 如图4所示 激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同 观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化 下列叙述中正确的是 图4 a 这里应用的是光的衍射现象b 这里应用的是光的干涉现象c 如果屏上条纹变宽 表明抽制的丝变粗d 如果屏上条纹变宽 表明抽制的丝变细解析由于是激光束越过细丝即绕过障碍物 所以是光的衍射现象 当抽制的丝变细的时候 丝的直径较接近激光的波长 条纹间距就大 a d正确 答案ad 变式训练 1 干涉和衍射的图样 如图5所示 甲 乙为单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样 下列选项中说法正确的是 图5a 甲为单缝衍射的图样b 乙为双缝干涉的图样c 甲为双缝干涉的图样d 乙为单缝衍射的图样解析干涉图样是等间距的 衍射图样是中间宽两边窄的 答案ab 2 薄膜干涉 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6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 图6 a 干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果b 干涉条纹中的暗条纹是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 解析根据薄膜干涉的产生原理 上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成 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项正确 b项错误 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 答案ac 考点二光的偏振现象自然光和偏振光的比较 例3 如图7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7a 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 解析白炽灯光包含向各方向振动的光 且各个方向振动的光的强度相等 所以旋转偏振片p时各方向透射光强度相同 故a点光的强度不变 白炽灯光经偏振片p后变为偏振光 当p旋转时 只有与q的偏振方向一致时才有光透过 因此b点的光强有变化 选项c正确 答案c 变式训练 3 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像更清晰d 通过手指间的缝隙观察日光灯 可以看到彩色条纹 解析在垂直于传播方向的平面上 沿着某个特定方向振动的光是偏振光 选项a b反映了光的偏振特性 c是偏振现象的应用 d是光的衍射现象 答案d 1 在双缝干涉实验中 以白色光为光源 在屏上观察到了彩色干涉条纹 若在双缝中的一缝前放一红色滤光片 只能透过红光 另一缝前放一绿色滤光片 只能透过绿光 这时 a 只有红色和绿色的双缝干涉条纹 其他颜色的双缝干涉条纹消失b 红色和绿色的双缝干涉条纹都不存在 其他颜色的双缝干涉条纹依然存在c 任何颜色的双缝干涉条纹都不存在 但屏上仍有光亮d 屏上无任何光亮 解析两列光波发生干涉的条件之一是频率相同 利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光 可在光屏上形成干涉条纹 当分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后 红光和绿光频率不同 不能发生干涉 因此屏上不会存在双缝干涉条纹 选项c正确 答案c 2 如图8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 在灯芯上洒些盐 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8 a 当金属丝圈旋转30 时干涉条纹同方向旋转30 b 当金属丝圈旋转45 时干涉条纹同方向旋转90 c 当金属丝圈旋转60 时干涉条纹同方向旋转30 d 干涉条纹保持原来状态不变解析金属丝圈的转动 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丝圈在该竖直平面内的转动无关 仍然是水平的干涉条纹 a b c错误 d正确 答案d 3 如图9所示 让太阳光通过m上的小孔s后照射到m右方的一偏振片p上 p的右侧再放一光屏q 现使p绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周 则关于光屏q上的亮度变化情况 下列说法中正确的是 图9a 只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮 转到其他位置时光屏上无亮光b 光屏上亮 暗交替变化c 光屏上亮度不变d 光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动 c 4 如图10所示 当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时 在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑 这是光的 填 干涉 衍射 或 直线传播 现象 这一实验支持了光的 填 波动说 微粒说 或 光子说 图10 解析圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑 一定不是光的直线传播现象造成的 是光在传播过程中绕过障碍物形成的现象 属于光的衍射 衍射是波的特性 所以这一实验支持了光的波动说 答案衍射波动说 5 1 激光具有相干性好 平行度好 亮度高等特点 在科学技术和日常生活中应用广泛 下面关于激光的叙述正确的是 a 激光是纵波b 频率相同的激光在不同介质中的波长相同c 两束频率不同的激光能产生干涉现象d 利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离