高三物理总复习 12.2光的波动性课件 鲁科版.ppt

第二节光的波动性 基础知识梳理 相同 波长整数倍 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 图样中同一条亮 或暗 条纹上所对应薄膜厚度 二 光的衍射1 定义 光 的现象叫光的衍射 2 发生明显衍射的条件 只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下 才能发生明显的衍射现象 前后两面 相同 离开直线路径绕到障碍物阴影里 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 三 光的偏振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 某一特定 一切方向 强度 3 偏振光 在 于传播方向的平面上 只沿着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 后 就得到了偏振光 垂直 横波 偏振片 课堂互动讲练 一 光的干涉现象的分析1 获得相干光源的方法 1 为了获得相干光源 科学家们采用了 一分为二 的方法 将同一列光波分解成两列光波 它们具有相同的频率和恒定的相位差 经过不同的路程然后相遇 产生稳定的干涉现象 杨氏实验和薄膜干涉的相干光源都是这样获得的 2 由于不同光源发出的光频率一般不同 即使是同一光源 它的不同部位发出的光也不一定具有相同的频率和恒定的相位差 故一般情况下不易观察到光的干涉现象 2 两种典型的干涉现象 1 双缝干涉实验双缝s1 s2之间的距离为d 双缝到屏间的距离为l 屏上一点p到双缝距离分别为r1和r2 由图12 2 1可以知双缝s1和s2到屏上p点的路程差为 光程差 r2 r1 若光程差 是波长 的整数倍 即 n n 0 1 2 3 p点将出现亮纹 如图12 2 1甲所示 图12 2 1 2 薄膜干涉如图12 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 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 图12 2 2 名师点睛 1 只有相干光才能形成稳定的干涉图样 相干光是频率相同 振动情况总相同的光波 一列光波分解为两列光波 可以获得相干光 2 单色光形成明暗相间的干涉条纹 白光形成彩色条纹 即时应用1 如图12 2 3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 图12 2 3 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 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 干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的a b c d 解析 选a 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 是正确的 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 薄膜厚度不均匀 则干涉条纹不等距 故选项 是正确的 是错误的 故选项a正确 二 光的衍射现象的分析1 发生明显衍射的条件 只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长时 衍射才是明显的 2 常见的衍射现象 单缝衍射 小孔衍射和泊松亮斑等 3 干涉与衍射的比较 4 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 名师点睛 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 即时应用 2 2011年上海宝山区模拟 在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样 如图12 2 4四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是 图12 2 4 a 甲 丙b 乙 丙c 甲 丁d 乙 丁解析 选d 光的干涉图样是等间距的明暗相间条纹 而衍射条纹则是中央最宽最亮两边不等间距的条纹 故乙 丁是单缝衍射图样 选项d正确 三 光的偏振现象的分析1 自然光与偏振光的区别 1 自然光 在垂直于传播方向的平面内 光波可沿任何方向振动 光振动在平面内的分布是均匀的 强度都相同 2 偏振光 在垂直于光传播方向的平面内 只沿某一个特定方向上振动的光 2 偏振光的产生方式 1 起偏器和检偏器 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 名师点睛 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 除直接从光源发出的外都是偏振光 即时应用 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 选d 由光的偏振知识可知a b c反映了光的偏振特性 通过手指间的缝隙观察日光灯 可以看到彩色条纹 是光的衍射现象 经典题型探究 2010年高考江苏卷 如图12 2 5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 图12 2 5 答案 暗条纹变宽 利用薄膜干涉的原理可以检查平面和制造增透膜 回答以下两个问题 1 用图12 2 6的装置检查平面时 获得图12 2 7中甲 乙两个干涉图样 分析甲 乙对应的被检查平面的情况 图12 2 6图12 2 7 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5 52 10 7m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 解析 1 由甲 乙干涉图样条纹间距的变化 可确定甲图中条纹弯曲的地方 对应被检查平面有凹下的地方 乙图中条纹弯曲的地方对应被检查平面有凸起来的地方 2 若绿光在真空中波长为 0 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 答案 1 见解析 2 1 10 7m 2011年山东济南质量检测 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 凡是波都是具有衍射现象 而把光看做直线传播的条件是 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 用红光和紫光照射狭缝 看到的衍射条纹的主要区别是 4 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12 2 8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 图12 2 8 偏振片a的作用是什么 偏振光证明了光是一种 以下说法中错误的是 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 思路点拨 解答此题应把握以下三点 1 色散 衍射 干涉原理与现象的区别 2 明确发生明显衍射现象的条件 3 光的偏振实验的理解 解析 1 肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象 露珠呈现的彩色是光的色散 通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象 2 障碍物或孔的尺寸比波长大得多时 可把光看做沿直线传播 障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时 可产生明显的衍射现象 3 红光的中央亮纹宽 红光的中央两侧的亮纹离中央亮纹远 4 自然光源不是偏振光 但当自然光源经过偏振片后 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 偏振光证明了光是一种横波 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 由于溶液的旋光作用 使通过a的偏振光的振动方向转动了一定角度 不能再通过b 但当b转过一个角度 恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时 o处光强又为最强 故b的旋转角度即为糖溶液的旋光度 若偏振片b不动而将a旋转一个角度 再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与b的透振方向一致 则a转过的角度也为 故选项a