高考物理一轮 12.2光的波动性课件.ppt

第2节光的波动性 17世纪惠更斯提出的波动说 认为光是在空间传播的某种波 19世纪初 人们成功地观察到了光的现象 从而证明了波动说的正确性 一 光的波动性 二 光的干涉 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相同的相干光波 屏上某点到双缝的路程差是倍处出现亮纹 是半波长的处出现暗纹 相邻的两条明条纹 或暗条纹 之间的距离 x与波长 双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为 干涉和 衍射 波长整数 奇数倍 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 图样的特点是 同一条亮 或暗 条纹上所对应的薄膜厚度 单色光照射在薄膜上形成的条纹 白光照射在薄膜上形成条纹 3 应用 测光的波长 检查表面平整度 增透膜 全息摄影等 三 光的衍射1 的现象叫光的衍射 前后两面 相同 明暗相间 彩色 光离开直线路径绕到障碍物阴影里 2 发生明显衍射的条件 只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长的条件下 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 4 常见的衍射现象有 和泊松亮斑等 5 单缝衍射图样特点 若是单色光 则中央条纹 两侧为不等间隔的明暗相间的条纹 其亮度和宽度依次减小 若是白光则中央为色亮条纹 且最宽最亮 两边为色条纹 6 应用 用衍射光栅测定光波波长 小或者跟波长差不多 单缝衍射 圆孔衍射 最宽最亮 白 彩 四 光的偏振 1 自然光 太阳 电灯等普通光源直接发出的光 包含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强度都相同 这种光叫自然光 2 偏振光 自然光通过偏振片后 在垂直于传播方向的平面上 只沿的方向振动 叫偏振光 图 b 中p为起偏器 q为检偏器 自然光射到两种介质的界面上 如果光的入射方向合适 使反射光和折射光之间的夹角恰好是90 这时 反射光和折射光就都是偏振光 且它们的偏振方向互相垂直 如图 a 我们通常看到的绝大多数光都是偏振光 一个特定 3 光的偏振也证明了光是一种波 而且是波 各种电磁波中电场e的方向 磁场b的方向和电磁波的传播方向之间 两两互相垂直 4 光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度e引起的 将e的振动称为光振动 横 5 应用 利用偏振滤光片摄影 观看立体电影等 五 光的色散1 实验表明 一束白光进入棱镜而被折射后 在屏上的光斑是彩色的 说明光在折射时发生了色散 白光在发生干涉和衍射时 也能发生色散 2 光谱 各种色光按其波长的有序排列就是光谱 从红光 紫光 光波的波长逐渐变小 3 光发生色散的实质 是由于各种色光的波长 或频率 不同 光通过棱镜折射后由于波长 或频率 不同和折射率不同而分开 而在干涉或衍射现象中光发生叠加后 由于光的波长 或频率 不同而产生的干涉或衍射图样条纹宽度 间距不同而分开 1 由来 是一种人工产生的相干光 2 特点 激光频率单一 相干性非常好 平行度高 激光的强度大 亮度高 3 应用广泛 产生明显的干涉 全息照相 频率单一相干性好 利用激光通过光导纤维实现通讯 利用相干性好进行 调制 频率高 信息携带量大 能量集中 衰减慢 激光雷达测距测速 平行度好 结合多普勒效应 六 激光 vcd dvd cd唱机 cd rom读取或刻录光盘 平行度好 能量集中 医学上 激光刀 军事上的激光武器 新能源中的可控核聚变 光强度大 能量集中 例1下列有关光现象的说法中正确的是 a 在太阳光照射下 水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象b 在光的双缝干涉实验中 若仅将入射光由绿光改为红光 则干涉条纹间距变窄c 光纤通信应用了光的全反射原理d 光的偏振现象说明光是一种纵波 题型一 对光的波动现象的认识 答案 c 例2如图所示 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 题型二 双缝干涉的成因及条纹间距公式的理解应用 例3 1 如下图左图是干涉法检查平面的示意图 右图是得到的干涉图样 则干涉图中条纹弯曲处的凹凸情况是 填 上凸 或 下凹 2 透镜表面涂有一层氟化镁薄膜 其折射率n 1 38 介于空气和透镜折射率之间 入射光垂直入射 为使真空中波长为550纳米的光增透 所涂薄膜的最小厚度为 题型三 薄膜干涉的分析与应用 思路点拨 1 薄膜干涉中同一厚度处产生同一级条纹 2 增透膜的厚度是入射光在膜中波长的1 4 答案 1 上凸 2 1 0 10 7m 例4如图所示 一束复色光斜射到置于空气中的厚平板玻璃 上 下表面平行 的上表面 穿过玻璃后从下表面射出 变为a b两束平行单色光 关于这两束单色光 下列说法中正确的是 a 此玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率b 在此玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角c 在此玻璃中a光的传播速度大于b光的传播速度d 用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光的干涉条纹间距比b光的宽 题型四 光的折射 全反射与光的波动性综合问题 思路点拨 了解各色光的频率与折射率之间的关系是解题的关键 由光路图和折射定律确定a b两束光的折射率大小关系是解题的突破口 答案 b 方法与知识感悟 解答此类问题的一般思路如下 1 由光路图和光的折射定律确定题中各色光的折射率大小关系 2 由各色光中频率越大的光在同一介质中的折射率越大的关系 确定频率大小关系 3 由公式c f可确定波长大小关系 从而分析其波动现象 1 下列说法正确的是 a 一切波都能发生衍射b 在双缝干涉实验中 若双缝发出的光到屏上某点的路程差等于半波长的整数倍 则该点一定是暗条纹c 在双缝干涉实验中 若用红光照射其中一条狭缝 同时用绿光照射另一条狭缝 则屏上会出现红绿相间的条纹d 一束自然光能通过某个偏振片 若以光束为轴旋转这个偏振片 则通过偏振片的光强可以发生变化e 自然光在玻璃 水面 木质桌面等表面反射 折射时 反射光和折射光都是偏振光 ae 2 在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样 下图四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是 a a cb b cc a dd b d d 3 2010年1月4日科幻3d巨作 阿凡达 在中国震撼上映 掀起观影狂潮 已知3d电影的实现与光的偏振密切相关 如图 p是一偏振片 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 哪几种照射p时能在p的另一侧观察到透射光 a 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 角振动的光 abd 解析 光是横波 其振动方向与传播方向垂直 振动方向与偏振片的透振方向垂直的光不能通过偏振片 而其他方向的光可以部分或全部透过偏振片 故abd正确 巩固基础 1 光在科学技术 生产和生活中有着广泛的应用 下列说法正确的是 a 用透明的标准平面样板检查光学元件平面的平整程度是利用光的偏振现象b 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象c 在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象d 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 d 解析 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薄膜干涉现象 a错误 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象 b错误 在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象 c错误 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 d正确 2 2012全国 在双缝干涉实验中 某同学用黄光作为入射光 为了增大干涉条纹间距 该同学可以采用方法有 a 改用红光作为入射光b 改用蓝光作为入射光c 增大双缝到屏的距离d 增大双缝之间的距离 ac 3 太阳能热水器是一种光热转换装置 它的主要器件是真空玻璃管 这些玻璃管可将太阳能转换成水的内能 真空玻璃管表面采用镀膜技术增加透射光 使尽可能多的太阳能转换为内能 这种镀膜技术的物理依据是 a 光的衍射b 光的粒子性c 光的干涉d 光的直线传播 c 4 如图所示 a b两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图案 其中图a是光的 填 干涉 或 衍射 图像 由此可判断出图a所对应的圆孔的孔径 填 大于 或 小于 图b所对应的圆孔的孔径 衍射 小于 解析 据题意知a图为小孔衍射图 而b图表明未发生衍射 故a对应孔的孔径小于b对应孔的孔径 提升能力 5 如图所示是用干涉法来检查某块厚玻璃板上表面是否平的装置 所用单色光是用普通光源加滤色光片产生的 从上往下观察干涉条纹 则下列判断正确的是 ac a 若观察到的条纹如图甲所示 则说明厚玻璃板上表面是平整的b 若减小a b板间的夹角 则干涉条纹变密c 若观察到的条纹如图乙所示 则厚玻璃板上表面有下凹的位置d 若观察条纹如图乙所示 则厚玻璃板上表面有上凸的位置 6 关于杨氏双缝干涉实验 下列说法正确的是 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 bd 解析 用白光做杨氏双缝干涉实验 屏上将呈现彩色条纹 a错误 用红光作为光源 屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹 即黑条纹 相间 b正确 红光和紫光频率不同 不能产生干涉条纹 c错误 紫光作为光源 遮住一条狭缝 屏上出现单缝衍射条纹 即间距不等的条纹 d正确 7 用如图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 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 d 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 d对 8 下列所示的图片 示意图或实验装置图都来源于课本 则下列判断准确无误的是 bc a 甲图是小孔衍射的图样 也被称为 泊松亮斑 b 乙图是薄膜干涉的应用 可用来检测平面的平整程度c 丙图是双缝干涉原理图 若p到s1 s2的路程差是光的波长的整数倍 则p是亮纹d 丁图是薄膜干涉现象的实验装置图 在附有肥皂膜的铁丝圈上 出现竖直干涉条纹 b 10 1 在研究材料a的热膨胀特性时 可采用如图所示的干涉实验法 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 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 温度由t1升高到t2时 a的高度升高多少 再上台阶 2 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