鲁科版选修34 光的干涉与衍射 第1课时 学案 (1).docx

光的干涉、衍射实验：用双缝干涉测光的波长考点一光的干涉、衍射及偏振1光的干涉(1)产生条件两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。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方法获得相干光源。(2)两种典型的干涉()杨氏双缝干涉：原理如图所示。明、暗条纹的条件a单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹。光的路程差r2r1k(k0,1,2，)，光屏上出现明条纹。光的路程差r2r1(2k1)(k0,1,2，)，光屏上出现暗条纹。b白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。条纹间距公式：x。()薄膜干涉：相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。2光的衍射(1)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。(2)衍射条纹的特点单缝衍射：单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。圆孔衍射：明暗相间的不等间距圆环。泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明(填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。(3)单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目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3.光的偏振现象(1)偏振：光波只沿某一特定的方向的振动。(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，这种光叫做自然光。(3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。(4)偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。思维诊断(1)光的干涉和衍射现象说明了光是波，也能说明光是横波。()(2)两个相同亮度的烛光是相干光源。()(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使一束光变成两束完全相同的相干光。()(4)在波峰与波峰叠加处出现亮条纹，在波谷与波谷叠加处出现暗条纹。()(5)阳光在水面的反射光是偏振光。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)题组训练1双缝干涉(多选)在杨氏双缝干涉实验中，如果()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e分别用红光和紫光在同一装置上做干涉实验，相邻红光干涉条纹间距大于相邻紫光干涉条纹间距解析：在双缝干涉实验中，用白光作为光源，屏上会出现明暗相间的彩色条纹，中间亮纹最宽，最亮，呈白色，选项a错误；用红光作为光源，则屏上会出现亮暗相间的条纹，亮纹红色，暗纹黑色，选项b正确；用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，两束光不相干，屏上不会出现干涉条纹，选项c错误；用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，则满足单缝衍射的条件，在屏上出现间距不等的亮暗相间的衍射条纹，选项d正确。根据x，因红光波长较长，故相邻红光条纹间距大，e正确。答案：bde2光的衍射(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是()a红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹b白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹c光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射d光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射e在单缝衍射中增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽解析：单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹，a正确；白光的衍射图样是彩色条纹，故b错误；光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象，故c正确；光的衍射现象只有明显与不明显之分，d项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在光的衍射现象，d错误；与双缝干涉相似，增大单缝到屏的距离，衍射条纹变宽，故e正确。答案：ace3光的偏振(多选)如图所示，电灯s发出的光先后经过偏振片a和b，人眼在p处迎着入射光方向，看不到光亮，则()a图中a光为自然光b图中a光为偏振光c图中b光为偏振光d以sp为轴将b转过180后，在p处将看到光亮e以sp为轴将b转过90后，在p处将看到光亮解析：自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，a对，b错；它通过a偏振片后，即变为偏振光，则c对；设通过a的光沿竖直方向振动，p点无光亮，则b偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，将b转过180后，p处仍无光亮，d错；若将b转过90，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过b，即在p处有光亮，e对。答案：ace4干涉条纹间距的计算在双缝干涉实验中，一钠灯发出波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为_。解析：由x可得：d589109 m1.68104 m。答案：1.68104 m考点二实验：用双缝干涉测光的波长1实验原理与操作2数据处理与分析(1)数据处理用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式x得x计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。(2)误差分析测条纹间距x时带来误差。测量双缝到光屏间距离l时产生误差。(3)注意事项保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴。保持单缝和双缝平行。题组训练1在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)将激光束照在如图乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的_。(2)换用两缝间距离更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将_；保持双缝间距离不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将_(以上均填“变宽”“变窄”或“不变”)。解析：(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，a图正确；(2)根据x知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄。答案：(1)a(2)变宽变窄2某实验小组利用如图甲所示的双缝干涉装置测量红光的波长。(1)按照实验装置，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，手轮的读数如图乙所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，手轮的读数如图丙所示，则相邻条纹的间距是_mm。(2)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是900 mm，则待测光的波长是_m(取三位有效数字)。解析：(1)由螺旋测微器的读数规则得乙读数a10.045 mm，丙读数a1014.535 mm，相邻条纹的间距是x1.610 mm。(2)由x得5.37107 m。答案：(1)1.610(2)5.371071(多选)如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线。则_。a在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度b在真空中，a光的波长小于b光的波长c玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率d若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a首先消失e分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距解析：从光路图看，入射角相同，a光的折射角较大，所以玻璃砖对a光的折射率较大，a光的频率较大，波长较短，b正确，c不正确；根据n知vavb，a正确；随着入射角增大，a光的折射角先达到90，d正确；在同一个双缝干涉实验装置上做实验，由x知光的波长越长，干涉条纹间距越大，e错误。答案：abd2(多选)下列说法正确的是_。a光导纤维传输信号是利用光的干涉现象b全息照相利用了激光相干性好的特性c光的偏振现象说明光是横波dx射线比无线电波更容易发生干涉和衍射现象e刮胡须的刀片的影子边模糊不清是光的衍射现象答案：bce3(多选)下列说法正确的是_。a单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关b变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场c在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄d光纤通信的工作原理是全反射，光纤通信具有容量大、抗干扰性强等优点e用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振解析：单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期由驱动力的周期决定，与单摆的固有周期无关，故与摆长无关，选项a正确；变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，而均匀变化的电场产生恒定的磁场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，选项b错误；在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，根据条纹间距公式x，波长变短，则干涉条纹间距变窄，选项c正确；光纤通信的工作原理是全反射，光纤通信具有容量大、抗干扰性强、衰减小等优点，选项d正确；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了薄膜干涉，选项e错误。答案：acd4在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距x1，与绿光的干涉条纹间距x2相比，x1_x2(填“”、“”或“”)。若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为_mm。解析：根据公式x，红光波长大于绿光波长，因此x1x2。根据题意，条纹间距x mm2.1 mm，所以d3.00104 m0.300 mm。答案：0.300 mm课时作业(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)一、多项选择题1以下说法中正确的是()a对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去b白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象c红光由空气进入水中，波长变长、颜色不变d用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉e不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的解析：对于同一障碍物，它的尺寸d不变，波长越长的光越容易满足d，会产生明显的衍射现象。越容易绕过障碍物，所以a项正确。白光通过三棱镜出现彩色条纹是光的色散现象，b项错误。波的频率由波源决定，波速由介质决定，所以红光从空气进入水中，频率f不变，波速v变小，由v f得，波长变小，所以c项错误。检查平面的平整度是利用了光的干涉，所以d项正确。由光速不变原理知，e项正确。答案：ade2下列说法正确的是()a红外线、紫外线、伦琴射线和射线在真空中传播的速度均为3.0108 m/sb红外线应用在遥感技术中，是利用它穿透本领强的特性c紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度d日光灯是紫外线的荧光效应的应用e日光灯是紫外线的化学效应的应用解析：所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速，故a正确；红外线应用在遥感技术中是利用它有较强的衍射能力，故b错误；对同一介质紫外线比红外线的折射率大，故紫外线比红外线在水中的传播速度小，故c正确；日光灯应用了紫外线的荧光效应，故d正确，e错误。答案：acd3两列相干波在同一水平面上传播，某时刻它们的波峰、波谷位置如图所示。图中m是波峰与波峰相遇点，是凸起最高的位置之一。下列说法正确的()a发生干涉的两列波的频率一定是相同的b图中m、p、q是振动加强的点，n、o是振动减弱的点c图中n点的位移始终都是零d由图中时刻经t/4，质点m和o点处在平衡位置e两列波的传播速度的大小一定相同解析：根据波的干涉产生条件，发生干涉的两列波的频率一定是相同的，选项a正确；图中m、p、q、o是振动加强的点，n是振动减弱的点，选项b错误；由于发生干涉的两列波的振幅不一定相同，图中n点的位移不一定始终都是零，选项c错误；由图中时刻经t/4，质点m和o点处在平衡位置，选项d正确；两列波的传播速度的大小一定相同，选项e正确。答案：ade4以下说法中不正确的有()a做简谐运动的物体每次通过同一位置时都具有相同的加速度和速度b横波在传播过程中，波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期c一束光由介质斜射向空气，界面上可能只发生反射现象而没有折射现象d水面油膜呈现彩色条纹是光的干涉现象，这说明了光是一种波e在电场周围一定存在磁场，在磁场周围一定存在电场解析：做简谐运动的物体每次通过同一位置时都具有相同的加速度，但速度方向可能相反，选项a错误；横波传播过程中，质点并不传播，只是传播振动的形式，选项b错误；一束光由介质斜射向空气，可能只发生全反射，选项c正确；能够发生衍射和干涉现象是波的特性，选项d正确；只有变化的电场周围存在磁场，变化的磁场周围存在电场，选项e错误。答案：abe5下列关于光的说法中正确的是 ()a雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生全反射形成的b“和谐号”动车组高速行驶时，地面上测得其车厢长度将明显变短c在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距d白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的波长不同e光从一种介质进入另一种介质发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同解析：雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生的折射形成的，故a错误；根据多普勒效应，“和谐号”动车组高速行驶时，其速度远小于光速c，故狭义相对论的“尺缩效应”不明显，车厢长度不会明显变短的，故b错误；双缝干涉实验中，用红光代替黄光后，波长变长，则导致干涉条纹的间距增大，故c正确；白光通过双缝后产生干涉，因波长不一，导致干涉条纹间距不同，从而出现彩色条纹，故d正确；从一种介质进入另一种介质发生折射是因为光在不同介质的折射率不同，根据cnv，可知，传播速度也不同，故e正确。答案：cde6关于光现象及其应用，下列说法正确的有()a全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光与物光的相干性好的特点b通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象c拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度d当观察者向静止的声源运动时，观察者接收到的声波频率低于声源的频率e一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短解析：全息照片用激光来拍摄，利用了激光与物光的相干性高的特点，a正确；通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹，这是光的衍射现象，b错误；照相机镜头前加偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度，从而使玻璃后的影像清晰，c正确；当观察者向静止的声源运动时，接收到的声波的频率将高于声源的频率，故d错误；单色光从空气射入玻璃中，其频率f不变，又由n得速度v变小，再由vf得变小，故e正确。答案：ace7下列说法正确的是()a光在介质中传播速度仅由介质本身所决定b雨后路面上的油膜形成的色彩条纹是由光的干涉形成的c杨氏双缝干涉实验中，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光的干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻间距小d光的偏振特征说明光是横波e水中的气泡看起来特别亮， 因为光从水射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故解析：光在介质中传播的速度由介质本身及光的频率共同决定，故a错误。油膜形成的彩色条纹， 是油膜的前后表面反射光进行光的叠加，形成的干涉条纹，故b正确。根据光的干涉条纹间距公式x，可知，红光的波长长，则红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距大，故c错。光是横波，d项正确。光从水中射向气泡上会发生全反射，所以水中的气泡看起来特别明亮，e项正确。答案：bde二、非选择题8.如图所示，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，这是光的_现象，这一实验支持了光的_学说。解析：1819年，法国科学家泊松从菲涅耳的衍射理论出发，推导出“当一个不透明的小圆盘被一个点光源照射时，阴影的中心会出现亮斑”，泊松当时持微粒学说的立场，他觉得这是不可能的，因而证明了菲涅耳波动理论是错误的。不久，阿喇戈(arago)用实验证实了亮斑确实存在，后人称之为“泊松亮斑”。“泊松亮斑”的预言和证实有力地支持了光的波动学说，“泊松亮斑”在科学史上也成为一段趣闻。现在用激光作照射光源，实验现象清晰而明显，如图所示。答案：衍射波动9某同学用如图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离x。转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数如图丙所示，再转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则图丁的示数x2_mm。如果实验所用双缝之间的距离d0.20 mm，双缝到屏的距离l60 cm。根据以上数据可得出光的波长_nm(保留1位小数)。解析：由游标卡尺的读数规则以及干涉条纹与波长的关系分析求解。x28 mm190.05 mm8.95 mm。由x，x，x120.05 mm0.10 mm，所以590.0 nm。答案：8.95590.010在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实