鲁科版选修34 光的干涉、衍射和偏振 第1课时 学案.docx

光的干涉、衍射和偏振知识点一、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。2两种典型的干涉(1)杨氏双缝干涉。原理如图1所示。图1明、暗条纹的条件()单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹。a光的路程差rr2r1k(k0、1、2，)，光屏上出现明条纹。b光的路程差rr2r1(2k1)(k0、1、2，)，光屏上出现暗条纹。()白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：y。(2)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。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹。知识点二、光的衍射偏振1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：单缝衍射和圆孔衍射图样的比较。单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度越弱，宽度越小中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明(选填“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)。2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。知识点三、电磁波与相对论1电磁波的产生(1)麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。(2)电磁场变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。(3)电磁波电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。 电磁波是横波，在空间传播不需要介质； 真空中电磁波的速度为3.0108 m/s； vf对电磁波同样适用； 由磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。2电磁波的发射和接收(1)发射电磁波的条件要有足够高的振荡频率；电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。(2)调制有调幅和调频两种方式，解调是调制的逆过程。(3)电磁波谱定义：按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线和射线，形成电磁波谱；递变规律：直线传播能力增强，衍射能力减弱。电磁波谱的特性、应用电磁波谱 特性 应用红外线热效应红外线遥感紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪x射线贯穿性强检查、医用透视射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗3.狭义相对论(1)狭义相对论的两个基本假设狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。(2)相对论的质速关系物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m。物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0。4相对论质能关系：用m表示物体的质量，e表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：emc2。 思考判断(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)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。()(3)阳光在水面的反射光是偏振光。 ()(4)电磁波以一定的速度在空间传播，在传播过程中满足vf。()(5)波长不同的电磁波在本质上不相同。()(6)电磁波同机械波一样能发生干涉、衍射、反射、折射等现象。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)光的干涉现象1双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同。(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即y。(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹。2薄膜干涉(1)如图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。图2(2)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，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹。 (3)条纹特点：单色光：明暗相间的水平条纹； 白光：彩色水平条纹。1干涉现象的判断(多选)下列属于光的干涉现象的是()解析图a属于单缝衍射，图b属于薄膜干涉，图c属于薄膜干涉，图d属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是b、c。答案bc2双缝干涉关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是()a单缝的作用是获得频率相同的两相干光源b双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源c光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹d照射到单缝的单色光的频率越高，光屏上出现的条纹越宽解析单缝的作用是获得一束细光，故a错误；双缝的作用是将一束光分成两束完全相同的光，b正确；屏上出现暗条纹处距两狭缝的路程差等于半个波长的奇数倍，故c错误；单色光的频率越高，波长越短，根据y，相邻条纹的间距越小，条纹越窄，故d错误。答案b3薄膜干涉(多选)关于光在竖直的肥皂液薄膜上产生的干涉条纹，下列说法正确的是()a干涉条纹是光在薄膜前、后两个表面反射，形成的两列光波叠加的结果b若明暗相间的条纹相互平行，说明薄膜的厚度是均匀的c用紫光照射薄膜产生的干涉条纹间距比红光照射时的间距小d薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的解析干涉条纹是光在薄膜前、后两个表面反射，形成的两列光波叠加的结果，故a正确；若明暗相间的条纹相互平行，说明肥皂膜的厚度变化是均匀的，故b错误；由于紫光的波长比红光的小，故用紫光照射薄膜产生的干涉条纹间距比红光照射时的间距小，c正确；薄膜上的干涉条纹基本上是水平的，故d错误。答案ac光的衍射和光的偏振现象1对光的衍射的理解(1)衍射是波的特征，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。2自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向1衍射的条件让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现()a由大变小的三角形光斑，直至光斑消失b由大变小的三角形光斑、明暗相同的彩色条纹，直至条纹消失c由大变小的三角形光斑，明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失d由大变小的三角形光斑、圆形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失解析当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现明暗相间的衍射条纹，最后随孔的闭合而全部消失，所以只有d正确。答案d2衍射的应用(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图3所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是()图3a这里应用的是光的衍射现象b这里应用的是光的干涉现象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由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距就大，a、d正确。答案ad3光的偏振现象(多选)光的偏振现象说明光是横波。下列现象中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在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项a、b反映了光的偏振特性，c是偏振现象的应用，d是光的衍射现象。答案abc实验：用双缝干涉测光的波长1实验原理与操作2数据处理与误差分析(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y得y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y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。1实验原理在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)将激光束照在如图4乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图4甲中的_。图4(2)换用间隙更小的双缝，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_；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将_(以上均选填“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y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实验操作与数据处理现有毛玻璃屏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5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。图5(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，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；按合理的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；用刻度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条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图6甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为_mm，求得相邻亮条纹的间距y为_mm。图6(4)已知双缝间距d为2.0104 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式_，求得所测红光波长为_nm。解析(1)滤光片e可以从白光中选出单色红光，单缝d是获取线光源，双缝b是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏a上。所以排列顺序为：c、e、d、b、a。(2)在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。(3)示数为13.870 mm，y mm2.310 mm。(4)由y得y，代入数据得6.6107 m660 nm。答案(1)edb(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间的距离要适当(3)13.8702.310(4)y6601如图7是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则()图7a在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大b从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大c照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大d若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大解析由图可知a光的干涉条纹间距比b光的小，根据y可知，a光的波长比b光的小，则a光的频率比b光的大，a光的折射率比b光的大，则根据v可知，在同种均匀介质中传播时a光的传播速度比b光的小，选项a错误；根据sin c可知，从同种介质中射入真空发生全反射时a光的临界角比b光的小，选项b错误；发生光电效应时饱和光电流与入射光的强度有关，故无法比较饱和光电流的大小，选项c错误；因a光的频率较大，若两光均由氢原子能级跃迁产生，则产生a光的能级能量差大，选项d正确。答案d2关于电磁波，下列说法正确的是_。(填正确答案标号。)a电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关b周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波c电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直d利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输e电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失解析电磁波在真空中传播速度均为光速，与频率无关，a正确；电磁波是变化的电场和变化的磁场互相激发得到的，b正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，c正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，d错误；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，e错误。答案abc3(多选)如图8，一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()图8a在玻璃中，a