高考物理 第二课时 光的波动性 实验：用双缝干涉测光的波长导与练复习课件.ppt

2012高三物理复习课件 导与练福建 第12章第二课时光的波动性实验 用双缝干涉测光的波长 1 知道光的干涉条件及现象 知道薄膜干涉的相关应用 2 知道光的衍射及产生明显衍射的条件 了解其相关应用 知道光的干涉与衍射的区别与联系 3 知道光的偏振现象 了解光的偏振的应用 4 能利用光的干涉实验测定光的波长 1 光的干涉 1 光的干涉 在两列光波的叠加区域 某些区域的光被加强 出现亮纹 某些区域的光被减弱 出现暗纹 且明暗相间的现象叫做光的干涉现象 2 干涉的条件 两列频率相同 振动情况完全相同的相干光源 3 两种典型的干涉 双缝干涉的图样特点相邻明条纹 或暗条纹 的间距相等 y 其中 为波长 d为双缝间距 l为缝到屏的距离 实验装置不变的条件下 红光干涉条纹的间距最大 紫光干涉条纹的间距最小 若换用白光 在屏上得到彩色条纹 且中央为白色 薄膜干涉及其图样特点a 薄膜干涉 利用薄膜 如肥皂膜 前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉 b 图样特点 同一条亮 或暗 条纹对应薄膜厚度相同 单色光在肥皂膜上 上薄下厚 形成水平状的明暗相间的条纹 白光入射时形成彩色条纹 c 常见的薄膜干涉现象 蚌壳内表面的色彩 昆虫翅翼上的彩色 激光唱片上的彩色 镜头上的增透膜 肥皂膜 水面上的油花 2 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 光发生明显衍射的条件 障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多 甚至比光的波长还小 3 几种衍射现象 圆孔衍射 明暗相间的同心圆环 中央是大且亮的圆亮斑 单缝衍射 中央亮纹最宽最亮 两侧明暗相间 条纹窄且暗 若用白光时中央为白色 两侧为彩色 泊松亮斑 中间是亮斑 向外是相应的阴影 再向外是亮暗相间的圆环 3 光的偏振 1 偏振 横波只沿某一特定的方向振动 称为波的偏振 2 自然光 在与光波传播方向垂直的平面内光振动 指e的振动 沿各个方向振动强度都相同 如由太阳 电灯等普通光源发出的光 3 偏振光 在与光波传播方向垂直的平面内只沿着某一个特定方向振动的光 如自然光经偏振片作用后的光 4 偏振光的产生 偏振片只让某一方向振动的光通过 其他振动方向的光被吸收 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 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 实验器材双缝干涉仪 包括光具座 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 光屏 测量头 学生电源 导线 刻度尺 4 实验步骤 观察双缝干涉图样a 把直径为10cm 长约1m的遮光筒水平放在光具座上 筒的一端装有双缝 另一端装有毛玻璃屏 装置如图所示 b 取下双缝 打开光源 调节光源的高度 使光线能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮 c 放好单缝和双缝 单缝和双缝间距离约为5cm 10cm 并使缝相互平行 中心大致位于遮光筒的轴线上 d 通过测量头观察屏上出现的白光的干涉图样 e 在单缝和光源之间放上滤光片 观察单色光的干涉图样 对应学生用书第162页 1 吹肥皂泡是同学们小时候经常玩的一种游戏 在阳光下 肥皂泡表面呈现出五颜六色的花纹 这是光的 b a 反射现象b 干涉现象c 色散现象d 折射现象解析 肥皂泡表面彩色条纹是由于薄膜干涉形成的 2 抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细 如图所示 观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化 d a 这里应用的是光的干涉现象b 这里应用的是光的直线传播性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 本题为光的衍射现象在工业生产中的实际应用 考查光的衍射现象 若障碍物的尺寸与光的波长相比差不多或更小 衍射现象较明显 通过观察屏上条纹的变化情况 从而监测抽制的丝的情况 故选d 3 2010年福建莆田市高中毕业班教学质量检查 有关光现象的应用技术 下列叙述中正确的是 a a 立体电影的制作与观看是应用光的偏振现象b 光导纤维是应用光的直线传播原理c 相机镜头表面上一层增透膜是应用光的衍射现象d 无影灯是应用光的衍射现象解析 光导纤维是应用光的全反射现象 b错误 镜头表面的增透膜是应用光的薄膜干涉 c错误 无影灯消除的是本影 是光的直线传播原理的应用 d错误 只有a正确 例1 用某一单色光做双缝干涉实验时 已知双缝间距离为0 25mm 在距离双缝为1 2m处的光屏上 测得5条亮纹间的距离为7 5mm 1 求这种单色光的波长 2 若用这种单色光照射到增透膜上 已知增透膜对这种光的折射率为1 3 则增透膜的厚度应取多少 答案 1 3 9 10 7m 2 7 5 10 8m 针对训练11 如图所示 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 s2距离之差为2 1 10 6m 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 若让a光照射s1 b光照射s2 试分析光屏上能观察到的现象 光的干涉和衍射的比较 两列光波叠加是无条件的 要产生干涉是有一定条件的 一切光波都能发生衍射现象 是无条件的 而发生明显的衍射现象是有条件的 例2 如图所示的4种明暗相间的条纹 分别是红光 蓝光通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样和黄光 紫光通过同一个单缝形成的衍射图样 黑色部分代表亮纹 那么1 2 3 4四个图中亮条纹的颜色依次是 a 红黄蓝紫b 红紫蓝黄c 蓝紫红黄d 蓝黄红紫思路点拨 依据单缝衍射条纹和双缝干涉条纹的特点判定 解析 由于双缝干涉条纹是等间距的 而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽最亮之外 两侧条纹亮度 宽度都逐渐减小 因此1 3为双缝干涉条纹 2 4为单缝衍射条纹 又双缝干涉条纹的宽度 即相邻亮 暗条纹间距 y与两缝间距离d 狭缝到屏的距离l以及光波的波长 有关 其关系为 y l d 在l d都不变的情况下 干涉条纹间距 y与波长 成正比 红光波长比蓝光波长长 则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距 即1 3分别对应于红光和蓝光 而在单缝衍射中 当单缝宽度一定时 波长越长 衍射越明显 即中央条纹越宽越亮 而黄光波长比紫光波长长 则黄光中的中央条纹又宽又亮 于是 2 4分别对应于紫光和黄光 综上所述 1 2 3 4四个图中亮条纹的颜色依次是 红 紫 蓝 黄 答案 b 单缝衍射条纹的特点是中间条纹亮 宽 两侧条纹暗 窄 间距不等 对于不同宽度的单缝 波长一定时 窄的中央条纹宽 各条纹间距大 当单缝不变时 光波波长越长的中央亮纹越宽 条纹间距越大 白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮纹 两侧为彩色条纹 且外侧呈红色 靠近光源的内侧为紫色 针对训练21 如图所示 a 表示单缝 b 表示双缝 用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝 在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹 图中阴影表示亮条纹 如图 c d 所示 下列关于缝和条纹间距关系的说法中正确的是 a 图 c 表示单缝衍射条纹 图 d 表示双缝干涉条纹b 单缝s越宽 越容易观察到对应的明暗条纹c 双缝距离越小 对应条纹间距越大d 照射双缝的单色光波长越小 对应条纹间距越大 答案 c 用双缝干涉测量光的波长 例3 2010年醴陵模拟 现有毛玻璃屏a 双缝b 白光光源c 单缝d和透红光的滤光片e等光学元件 要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置 用以测量红光的波长 1 将白光光源c放在光具座最左端 依次放置其他光学元件 由左至右 表示各光学元件的字母排列最佳顺序应为c a 2 本实验的步骤有 取下遮光筒左侧的元件 调节光源高度 使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮 按合理顺序在光具座上放置各光学元件 并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上 用米尺测量双缝到屏的距离 用测量头 其读数方法同螺旋测微器 测量数条亮纹间的距离 在操作步骤 时还应注意 和 3 将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐 将该亮纹定为第1条亮纹 此时手轮上的示数如图 甲 所示 然后同方向转动测量头 使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐 记下此时图 乙 中手轮上的示数为 mm 求得相邻亮纹的间距 y为 mm 4 已知双缝间距d为2 0 10 4m 测得双缝到屏的距离l为0 700m 由计算式 求得所测红光波长为 nm 第1条亮纹与第6条亮纹应为5个 y间隔 不是6个 针对训练31 用 用双缝干涉测光的波长 的实验中 实验装置如图所示 1 某同学以线状白炽灯为光源 对实验装置进行调节并观察了实验现象后 总结出以下几点 a 灯丝与单缝和双缝必须平行放置b 干涉条纹与双缝垂直c 干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关d 干涉条纹的间距与光的波长有关以上几点中 你认为正确的是 2 当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时 手轮上的示数如图 甲 所示 该读数为 mm 3 如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上 如图 乙 所示 则在这种情况下来测量干涉条纹的间距 y时 测量值 实际值 填 大于 小于 或 等于 答案 1 d 2 0 702 0 701 0 703均可 3 大于 考点一 干涉的应用 例1 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解析 金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时 楔形膜形状各处厚度形状几乎不变 因此形成的干涉条纹保持原状态不变 故a b c错 d对 答案 d 考点二 对光的偏振的理解 例2 2010年河南省郑州高三模拟 利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度 从而测定含糖量 其原理是 偏振光通过糖的水溶液后 若迎着射来的光线看 偏振方向会以传播方向为轴线 旋转一个角度 这一角度称为 旋光角 的值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 则下列说法中正确的是 到达o处光的强度会明显减弱 到达o处光的强度不会明显减弱 将偏振片b转动一个角度 使得o处光的强度最大 偏振片b转过的角度等于 将偏振片a转动一个角度 使得o处光的强度最大 偏振片a转过的角度等于 a b c d 解析 自然光经过偏振片a后成为偏振光 要使到达o处的光最强 需要偏振片b的透振方向与过a后的偏振光振动方向一致 在a b间放入样品p后 透过p的偏振光振动方向已旋转 角 与b的透振方向不再一致 到达o处的光明显减弱 将a或b转 角可以使通过p的偏振光振动方向与b的透振方向重新保持一致 综上可得 c正确 答案 c 2010年上海卷 2 利用发波水槽得到的水面波形如图 a b 所示 则 d a 图 a b 均显示了波的干涉现象b 图 a b 均显示了波的衍射现象c 图 a 显示了波的干涉现象 图 b 显示了波的衍射现象d 图 a 显示了波的衍射现象 图 b 显示了波的干涉现象解析 图 a 是单缝衍射图样 波传到了直线传播达不到的地方 图 b 是稳定的干涉图样 振动加强区与减弱区互相间隔 1 本题考查了波的干涉和衍射的比较 2 解决本题的关键是会区别波的干涉和衍射的图样 测控导航 1 2010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 如图四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是 d a a cb b cc a dd b d解析 a是双缝干涉图样 c是孔衍射图样 b d均为单缝衍射图样 2 下列有关光现象的说法中正确的是 c 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 3 下列说法正确的是 d a 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱 这是光的干涉的结果b 用光导纤维传送图像信息 这是光的衍射的应用c 眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹 这是光的偏振现象d 在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物 可使景像清晰解析 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱 是由于不同色光在介质中折射率不同产生的色散现象 a错 用光导纤维传送图像信息是利用了光的全反射 b错 眯着眼睛看发光的灯丝时观察到彩色条纹是光的衍射现象 c错 在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物 滤去了水面的反射光 使景像清晰 d对 4 关于光 下列说法正确的是 b a 光的传播速度恒定不变b 双缝干涉说明光具有波动性c 一束自然光入射到两种介质的界面上 当反射光线和折射光线的夹角恰好是90 时 反射光为偏振光但折射光不是偏振光d 海市蜃楼是远处景物发出的光发生衍射才被我们看到的解析 光的传播速度在真空中恒为c 但在不同的介质中不同 在同种介质中 不同频率的光传播速度也不同 a错误 干涉是波特有的现象 b正确 自然光在界面上当反射光线与折射光线夹角为90 时 反射光与折射光均为偏振光 且振动方向相互垂直 c错误 海市蜃楼是全反射现象 d错误 5 2009年福建卷 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 d a 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解析 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用的是光的薄膜干涉现象 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象 色散现象 在光导纤维内传送图像是利用光的全反射现象 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 故a b c均不对 d对 6 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 在它们间形成一个厚度均匀的空气膜 现在用波长为 的单色光垂直照射 同时对a缓慢加热 a均匀膨胀 在b上方观察到b板的亮度发生周期性的变化 当温度为t1时最亮 然后亮度逐渐减弱至最暗 当温度升到t2时 亮度再一次回到最亮 则 b 出现最亮时 b上表面反射光与a上表面反射光叠加后加强 出现最亮时 b下表面反射光与a上表面反射光叠加后加强 温度从t1升至t2过程中 a的高度增加 温度从t1升至t2过程中 a的高度增加a b c d 7 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 d 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