第二部分 光的波动性.doc

第二部分 光的波动性知识要点梳理知识点一光的干涉知识梳理11801年，英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象，证明了光的确是一种波。2光的干涉现象在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，即亮纹和暗纹相间的现象。3干涉条件光的干涉的条件是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。（相干波源的频率必须相同）。形成相干波源的方法有两种：利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。下面四个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。4干涉区域内产生的亮、暗纹亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即相邻亮纹（暗纹）间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。5薄膜干涉当光照射到薄膜上时，可以看到在薄膜上出现明暗相间的条纹。当入射光是白光时，得到彩色条纹，当入射光是单色光时，得到单色条纹。参与薄膜干涉的两列光是分别从薄膜的前表面和后表面反射出来的两列光。用薄膜干涉可以检查工件表面是否平整，在透镜表面涂上增透膜以增大透射光。特别提醒：薄膜干涉中的色散：（1）成因：由膜的前后表面反射回来的光叠加的结果，所以观察时只能在光源的同侧才能看到。（2）形状：明暗相间的条纹。纹的亮暗与膜的厚度有关。疑难导析增透膜能“增透”吗？利用薄膜干涉现象可以制作增透膜，例如在透镜表面涂一层厚度均匀的介质薄膜，要求介质的折射率小于制作透镜的玻璃，厚度等于黄绿色光在介质中传播时的波长的，这样从介质膜后表面反射的光与从介质膜前表面反射的光恰好相差半个波长，干涉的结果相互抵消，即反射光的强度大大降低，有人对以上分析都能接受，但他们认为这只能叫“消反”，却不能“增透”。这是由于人们仍然习惯于用宏观的思维方式来思考问题，认为反射回来的光互相抵消，并没有增加透射光。其实光的干涉现象将引起整个光场分布的改变，总的能量是守恒的，反射光的能量被消弱，透射光的能量就必然得到增强，增透膜由于消反而确实在“增透”，在光学仪器上，包括人配戴的眼镜镜片，都已广泛使用了增透膜。：用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离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、双缝间距d、双缝到屏的距离L及波长的关系，可测光波的波长， 同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长， 然后由的关系，可计算条纹间距。 由可以得出，红光的波长 激光器发出的红光的波长是 如果整个装置放人水中，激光器发出的红光在水中的波长为 这时屏上条纹的间距是。知识点二光的衍射知识梳理1光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。2产生明显衍射现象的条件障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。特别提醒：关于衍射的表述一定要准确（区分能否发生衍射和能否发生明显衍射）。各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 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）。疑难导析1衍射与干涉的比较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中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，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。双缝干涉：是等间距、等亮度的。单缝衍射：除中央明条纹最宽最亮外，两侧条纹亮度、宽度逐渐减小。白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的色光是红光。圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环。泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板上后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一。特别提醒：干涉和衍射是波的特征，光的干涉和衍射现象证明了光具有波动性，波长越大，干涉和衍射现象就越明显，也越容易观察到干涉和衍射现象。：一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明、暗相间的干涉条纹。现在将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到（ ）A与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些B与原来不同的明暗的条纹，而中央明条纹变宽些C只有一条与缝宽相对应的明条纹D无条纹，只存在一片红光答案：B解析：本题要考查学生对发生明显衍射条件的理解，及单缝衍射图样特点的认识，能够比较双缝干涉图样和单缝衍射图样的异同点。本题中这束红光通过双缝时，产生了干涉现象，说明每一条缝宽都很窄，满足这束红光发生明显衍射的条件，这束红光通过双缝在光屏上形成的干涉图样的特点是：中央出现明条纹，两侧对称出现等间隔的明暗相间条纹。而这束红光通过单缝时形成的衍射图样的特点是：中央出现较宽的明条纹，两侧对称出现不等间隔的明暗相间条纹，且距中央明条纹远的明条纹亮度迅速减小，所以衍射图样看上去明暗相间的条纹数量较少，本题正确选项是B项。知识点三光的偏振知识梳理1光的偏振自然光是指在垂直于光的传播方向上，各个方向强度相同。偏振光是指在垂直于光的传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动。光的偏振现象说明光波是横波。2偏振光的产生方式偏振光的产生方式是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获得偏振光，叫起偏器，第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器特别提醒：光的偏振理解：（1）光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。（2）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。（3）偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是，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。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光（如图）。疑难导析1偏振光是怎样产生的（1）偏振光的产生方式自然光通过起偏器，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为偏振光，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。其实，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特性，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。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时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。（2）偏振光的理论意义和应用理论意义：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。应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光、液晶显示等等。2光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，现象很相似，但光学本质不同，分析问题要首先弄清其原理和本质。：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，当反射光与折射光线之间的夹角恰好是时，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解析：自然光经过偏振片或经过界面反射和折射后（反射光线与折射光线夹角为）会形成偏振光。经指缝观察日光灯看到的彩色条纹是光的衍射现象，D不正确。典型例题透析题型一光的干涉和衍射（1）双缝干涉和单缝衍射都是叠加的结果，只是干涉条纹是有限的几束光的叠加，而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加。在双缝干涉实验中，光在通过其中的三个狭缝时，都发生了衍射而形成三个线光源。所以，一般现象中既有干涉又有衍射。（2）单缝衍射时，照射光的波长越长，中央亮纹越宽，所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象，且中央白光的边缘均呈红色。（3）干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹。只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同，衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮。1、如图所示，在双缝干涉实验中，和为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与和距离之差为m，今分别用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？（1）已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为m。（2）已知B光在某种介质中波长为m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为。 （sin=0. 6，cos=0.8）（3）若让A光照射，B光照射，试分析光屏上能观察到的现象。思路点拨：已知P点与和的距离之差，由出现明暗条纹的条件可判断是亮条纹或暗条纹。解析：（1）设A光在空气中波长为，在介质中波长为， 由，得 根据光程差m，所以。 由此可知，从和到P点的光程差是波长的3.5倍，所以P点为暗条纹。（2）根据临界角与折射率的关系得 由此可知，B光在空气中波长为 由光程差和波长的关系，可见，用B光作光源，P点为亮条纹。（3）若让A光和B光分别照射和，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。总结升华：（1）同一种光在不同介质中的频率都相同，但波速和波长不同，由此可得出折射率与波长的关系。（2）频率不同的光不符合形成干涉的条件，故无法得到干涉图样。举一反三【变式】光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明 （ ）A光是电磁波 B光具有波动性 c光可以携带信息 D光具有波粒二象性。答案：BC解析：干涉和衍射是波的特性，由此可知B正确。由题设条件可知图样形状与障碍物形状相似，可以推断C正确。题型二薄膜干涉的应用薄膜干涉的应用应注意：（1）劈形空气薄膜顶角越小，光程差变化越缓和，条纹间距越宽。（2）增透膜的厚度为某种色光在膜中波长的时，增透膜起到对该种色光增透的作用。2、利用薄膜干涉的原理可以用干涉法检查平面和制造增透膜，回答以下两个问题：（1）用如图所示的装置检查平面时，是利用了哪两个表面反射光形成的薄膜干涉图样？（2）为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度？思路点拨：（1）薄膜干涉是利用了光在空气膜前后表面的反射光叠加形成的。（2）增透膜的厚度为某种色光在膜中波长的时，增透膜起到对该种色光增透的作用。解析：（1）干涉图样是利用了标准样板和被检查平面间空气膜即b、c表面反射光叠加形成的.（2）若绿光在真空中波长为，在增透膜中的波长为，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：即，那么增透膜厚度。总结升华：本题易出现的错误是由于不理解薄膜干涉形成原因导致错误判断或不能将真空中光的波长换算为增透膜中的波长。举一反三【变式】如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环。以下说法正确的是（ ）A干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C干涉条纹不等是因为空气膜厚度不是均匀变化的D干涉条纹不等是因为空气膜厚度是均匀变化的答案：AC解析：薄膜干涉中的“薄膜”指的是两个玻璃面之间所夹的空气膜，故选项A是正确的，B是错误的。两列波的光程差满足一定的条件：如两列波的光程差是半波长的偶数倍，形成明条纹；如两列波的光程差是半波长的奇数倍，形成暗条纹，明暗条纹间的距离由薄膜的厚度决定，膜厚度不均匀，则干涉条纹不等距，故选项C是正确的，D不正确。题型三光的偏振光的偏振充分说明光是横波，只有横波才有偏振现象。除了从光源直接发出的光以外，我们通常见到的大部分光都是偏振光。例如自然光射到两种介质的界面上，调整入射角的大小，使反射光与折射光的夹角是，这时反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直。偏振光的产生方式：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为偏振光，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。3、一段时间一来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物（糖）含量是一种重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量，偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度,这一角度称为“旋光度”, 的值只与糖溶液的浓度有关，将的测量值与标准值相比较，就能测