高考物理月刊专版 专题11 光学综合 光的干涉、衍射和偏振现象课件.ppt

一 光的干涉1 定义 在两列光波的叠加区域 某些区域的光被 出现亮纹 某些区域的光被 出现暗纹 且和互相间隔的现象叫做光的干涉现象 加强 减弱 加强区域 减弱区域 2 条件 两列光的 且具有恒定的相位差 才能产生稳定的干涉现象 频率相同 3 获得相干光源的方法 将同一列光波分解为两列光波 可以获得相干光源 双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源 4 杨氏双缝干涉 1 原理如图13 2 1所示 2 产生明 暗条纹的条件 单色光 若光的路程差r2 r1 k k 0 1 2 光屏上出现明条纹 若光的路程差r2 r1 2k 1 k 0 1 2 光屏上出现暗条纹 白光 光屏上出现彩色条纹 且中央为白色 3 条纹间距公式 x 在实验装置不变的条件下 红光的干涉条纹间距最大 紫光的干涉条纹间距最小 5 薄膜干涉如图13 2 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 当光照射到薄膜上时 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 1 原理分析 单色光a 在p1 p2处 在两个表面处反射回来的两列光波的路程差 x等于波长的整数倍 即 x n n 1 2 3 薄膜上出现明条纹 b 在q处 反射回来的两列光波的路程差 x等于半波长的奇数倍 即 x 2n 1 n 0 1 2 3 薄膜上出现暗条纹 白光 薄膜上出现水平彩色条纹 2 应用 增透膜 利用光的干涉检查平整度 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1 光的衍射 光绕过障碍物偏离直线传播的现象 2 发生明显衍射的条件 只有当可以与光的波长相比 甚至比光的波长还小的时候 衍射现象才会明显 障碍物的尺寸 3 衍射条纹的特点 1 单缝衍射 单色光的衍射图样为条纹 两侧是的条纹 条纹宽度比中央窄且暗 白光的衍射图样为中间宽且亮的 两侧是渐窄且暗的 2 圆孔衍射 明暗相间的不等距圆环 3 泊松亮斑 圆盘衍射 当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时 在圆盘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 中间宽且亮的单色 明暗相间 白条纹 彩色条纹 4 衍射与干涉的比较 5 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 1 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 干涉和衍射是波的特性 波长越长 干涉和衍射现象越明显 在任何情况下都可以发生衍射现象 只是明显与不明显的差别 三 光的偏振1 自然光与偏振光的区别 1 自然光 包含着在上沿一切方向振动的光 而且沿着各个方向振动的光波的都相同 这种光是自然光 2 偏振光 在垂直于光波传播方向的平面上 只沿着的方向振动的光 垂直于光传播方向 强度 某一个特定 2 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 3 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一种波 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 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偏振光 如图13 2 3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和s2距离之差为2 1 10 6m 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4 10 7m 2 已知b光在某种介质中波长为3 15 10 7m 当b光从这种介质射向空气时 临界角为37 3 若用a光照射时 把其中一条缝遮住 试分析光屏上能观察到的现象 当s2p s1p k k 0 1 2 3 时 在p处出现亮条纹 当s2p s1p 2k 1 k 0 1 2 3 时 在p处出现暗条纹 a光的波长 a n a b光波长需先借助于临界角求出折射率后 再用公式 b n b 计算 解题指导 1 设a光在空气中波长为 1 在介质中波长为 2 由n 得 1 n 2 1 5 4 10 7m 6 10 7m根据路程差 x 2 1 10 6m所以n1 3 5由此可知 从s1和s2到p点的路程差 x是波长 1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sinc 得n 由此可知 b光在空气中波长 3为 3 n 介 3 15 10 7m 5 25 10 7m 由路程差 x和波长 的关系n2 4可见 用b光作光源 p点为亮条纹 3 光屏上仍出现明 暗相间的条纹 但中央条纹最宽最亮 两边条纹变窄变暗 答案 见解题指导 在研究材料a的热膨胀特性时 可采用如图13 2 4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 1 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 2 温度由t1升高到t2时 a的高度升高多少 分析此题时应注意两点 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 温度变化时 空气膜的厚度发生变化 解题指导 1 a b间为空气薄膜 在b板上方观察到的亮暗变化 是由b的下表面反射的光和a的上表面反射的光叠加产生的 2 当温度为t1时 设空气薄膜厚度为d1 此时最亮说明 2d1 k 当温度为t2时 设空气薄膜厚度为d2 此时再一次最亮说明 2d2 k 1 得d1 d2 故温度由t1升高到t2 a的高度升高 答案 1 见解题指导 2 奶粉的碳水化合物 糖 的含量是一个重要指标 可以用 旋光法 来测量糖溶液的浓度 从而鉴定含糖量 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 就能确定被测样品的含糖量了 如图13 2 5所示 s是自然光源 a b是偏振片 转动b 使到达o处的光最强 然后将被测样品p置于a b之间 1 偏振片a的作用是什么 2 偏振现象证明了光是一种 3 以下说法中正确的是 a 到达o处光的强度会明显减弱b 到达o处光的强度不会明显减弱c 将偏振片b转动一个角度 使得o处光强度最大 偏振片b转过的角度等于 d 将偏振片a转动一个角度 使得o处光强度最大 偏振片a转过的角度等于 此装置中a为起偏器 b为检偏器 自然光通过a后会变为偏振光 当转动b时 到达o处的光强度会 变化 解题指导 1 自然光源发出的光不是偏振光 但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光 因此偏振片a的作用是把自然光变成偏振光 2 偏振现象证明了光是一种横波 3 因为a b的透振方向一致 故a b间不放糖溶液时 自然光通过偏振片a后变成偏振光 通过b后到o 当在a b间加上糖溶液时 由于溶液的旋光作