【志鸿优化设计】（重庆专用）2014届高考物理第一轮复习 （梳理自测+理解深化+巩固提升）第十五章光学 电磁波 相对论第二节光的干涉 衍射 偏振教学案

1 第二节第二节 光的干涉光的干涉 衍射衍射 偏振偏振 一 光的干涉 1 定义 两列 相同 相同的光波相叠加 某些区域出现振动加强 某些 区域出现振动减弱 并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象 2 相干条件 只有相干光源发出的光叠加 才会发生干涉现象 相干光源是指 相同 振动情况 相同 的两列光波 3 双缝干涉 1 现象 单色光干涉时观察到明暗相间的条纹 白光双缝干涉的现象为中央为 条纹 两边是 条纹 2 亮 暗条纹的判断 x n n 0 1 2 即到双缝的距离差为波长的 倍的点出现亮条纹 x n n 0 1 2 即到双缝的距离差为半波长 倍的 1 2 点出现暗条纹 4 薄膜干涉 光照射到薄膜上时 薄膜 表面反射的两列光相叠加 发生干涉现象 若入射 光为单色光 可形成明暗相间的干涉条纹 若入射光为白光 可形成彩色的干涉条纹 二 光的衍射 1 定义 光离开直线路径绕到障碍物 的现象叫光的衍射 衍射产生的明暗条纹或光 环叫衍射图样 2 发生明显衍射的条件 只有当障碍物的 跟光的波长相比差不多 甚至比光的波长还 的时候 衍射 现象才会明显 3 衍射图样 1 单缝衍射 单色光 明暗相间的不等距条纹 中央亮纹最宽最亮 两侧条纹具有 性 白光 中间为宽且亮的白色条纹 两侧是窄且暗的彩色条纹 最靠近中央的是紫光 远离中央的是红光 2 圆孔衍射 明暗相间的不等距圆环 圆环面积远远超过孔的直线照明的面积 3 圆盘衍射 明暗相间的不等距圆环 中心有一亮斑称为 亮斑 证实波动性 三 光的偏振 1 偏振现象 横波只沿某一 振动 称为波的偏振现象 2 自然光 若光源发出的光 包含着在垂直于光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 都相同 这种光叫自然光 3 偏振光 在垂直于光传播方向的平面上 只沿一个 振动的光 叫偏振光 例如 自然光通过偏振片后 就得到了偏振光 见示意图 1 取两块平玻璃板 合在一起用手捏紧 会从玻璃板上看到彩色条纹 这是光的干涉 2 现象 有关这一现象的叙述正确的是 A 这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果 B 这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光相干涉的结果 C 这是上面一块玻璃的上 下两表面的反射光干涉的结果 D 这是下面一块玻璃的上 下两表面的反射光干涉的结果 2 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象更清 晰 D 通过手指间的缝隙观察日光灯 可以看到彩色条纹 3 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 屏上将呈现红白相间的条纹 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 4 易错辨析 请你判断下列表述正确与否 对不正确的 请予以更正 1 薄膜干涉是薄膜前 后表面的反射光叠加产生的 所以要观察薄膜干涉条纹 应该 从光源一侧观察 2 光的干涉和衍射现象说明了光是波 也能说明光是横波 3 在光学元件 透镜 棱镜 的表面涂一层薄膜 当薄膜的厚度是光在空气中波长的 1 4 时 可起到减小反射光强度 增大透射光强度的作用 一 光的干涉和衍射的异同 自主探究 1 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 思考 光的干涉和衍射的异同 二 对光的偏振的理解 自主探究 2 如图所示 让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q 以光的传播方向为轴 旋转偏振片P或Q 可以看到透射光的强度会发生变化 这是光的偏振现象 这个实验表 明 思考 自然光与偏振光的比较 命题研究一 双缝干涉中明暗条纹的分析 题例 1 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的距离之差为 2 1 10 6 m 分别用 A B 两种单色光在空气中做双缝干涉实 验 3 1 已知 A 光在空气中的波长为 6 10 7 m 问 P 点是亮条纹还是暗条纹 2 已知 B 光在某种介质中波长为 3 15 10 7 m 当 B 光从这种介质射向空气时 临界 角为 37 问 P 点是亮条纹还是暗条纹 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 4 设光屏上 O 为到 S1和 S2路程相等的点 则 B 光在 PO 间有几条暗纹 解题要点 规律总结 分析双缝干涉中明暗条纹问题的技巧 1 一般解题步骤 1 由题设情况依 真 n 介 求得光在真空 或空气 中的波长 2 由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹 3 根据明条纹的判断式 r k k 0 1 2 或暗条纹的判断式 r 2k 1 k 0 1 2 判断出k的取值 从而判断条纹数 2 2 应注意的问题 1 真 n 介可以根据c 真 v 介 n 三个式子推导得到 c v 2 两列光发生 干涉的条件是两列光的频率相同 振动方向相同 相位差恒定 3 相干光的获得方法 将一束光分成两束而获得 此法称为分光法 利用激光 命题研究二 光的薄膜干涉 题例 2 用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象 图甲是点燃的酒精灯 在灯 芯上撒些盐 图乙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 干涉条纹保持原来形状不变 思路点拨 1 光的薄膜干涉中相干光源是如何获得的 2 干涉条纹为什么是水平的 解题要点 规律总结 1 薄膜干涉是由于光在薄膜前后两个表面上反射的光引起的 一般来说在不同厚度的 薄膜上的光程差不同 所以同一厚度薄膜的两个表面反射的光发生干涉即形成同一条纹 2 薄膜干涉中条纹间距与厚度变化快慢有关 厚度变化越快 条纹间距越小 1 下列现象中能证明光是横波的是 A 光的色散 B 光的干涉 4 C 光的衍射 D 光的偏振 2 在双缝干涉实验中 某同学用黄光作为入射光 为了增大干涉条纹的间距 该同学 可以采用的方法有 A 改用紫光作为入射光 B 改用蓝光作为入射光 C 增大双缝到屏的距离 D 增大双缝之间的距离 3 甲 乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样 设相邻两个亮条 纹的中心距离为 x 若 x甲 x乙 则下列说法正确的是 A 甲光能发生偏振现象 乙光则不能发生 B 真空中甲光的波长可能小于乙光的波长 C 甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量 D 在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光 4 2012 福州模拟 在柏油马路和湖面上常常会看到耀眼的眩光 它使人的视觉疲劳 这些天然的眩光往往是光滑表面反射而来的镜式反射光和从表面反射的漫反射光重叠的结 果 漫反射光是非偏振光 而镜式反射光一般是部分偏振光 由于它们是从水平面上反射 的 光线的入射面是垂直的 所以反射光含有大量振动在水平方向的偏振光 要想消除这 种眩光 只要将光线中的水平振动成分减弱些就可以了 同理 要想消除从竖直面反射来的眩光 如玻璃窗反射来的眩光 所用偏振轴应取水 平方向 请回答下列两个问题 1 某些特定环境下照相时 常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使影像清晰 这是 利用什么原理 2 市场上有一种太阳镜 它的镜片是偏振片 为什么不用普通的带色玻璃片而用偏振 片 安装镜片时它的透振方向应该沿什么方向 5 参考答案参考答案 基础梳理自测基础梳理自测 知识梳理知识梳理 一 1 频率 振动情况 2 频率 3 1 白色 彩色 2 整数 奇数 4 前 后 二 1 阴影里 2 尺寸 小 3 1 对称 3 泊松 三 1 特定方向 2 强度 3 特定方向 基础自测基础自测 1 B 解析 解析 形成干涉条纹是有一定条件的 即两列相干光的光程差需要连续变化 x k 时 形成明条纹 当 x 2k 1 时 形成暗条纹 当入射光是白光时 就会 2 形成彩色条纹 对平板玻璃而言 每一块平板玻璃上下表面都是平行的 故不具备产生干 涉条纹的条件 而中间的空气膜 则可能具备这一条件 选项 B 正确 2 D 解析 解析 由光的偏振现象的知识可知 A B C 均反映了光的偏振特性 只有 D 选 项是利用手指间的狭缝去观察光的衍射现象 选项 D 正确 3 D 解析 解析 白光作为光源 屏上将呈现彩色条纹 选项 A 错误 B 为红光的双缝干 涉 图样为红黑相间 选项 B 正确 红光和紫光频率不同 不能产生干涉图样 选项 C 错 误 遮住一条狭缝时 紫光将发生单缝衍射 形成衍射图样 选项 D 正确 4 答案 1 正确 2 错误 光的干涉和衍射现象说明光是波 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 3 错误 薄膜的厚度应是光在薄膜中的波长的 时 在薄膜的两个面上的反射光 光 1 4 程差恰好等于半波长 因而两者相互抵消 才起到减小反射光强度 增大透射光强度的作 用 核心理解深化 自主探究 1 答案 见解析 解析 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 提示 光的衍射和干涉的异同 6 自主探究 2 答案 这个实验说明了光是一种横波 提示 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 考向探究突破考向探究突破 题例 1 答案 1 暗条纹 2 亮条纹 3 见解析 4 4 条 解析 解析 1 路程差 y 2 1 10 6 m A 6 10 7 m 路程差 y与A光波长的倍数关系为 NA 3 5 y A 2 1 10 6 m 6 10 7 m 所以P点为暗条纹 2 根据临界角与折射率的关系 sin C 得n 1 n 1 sin C 1 sin 37 5 3 由此可知 B光在空气中的波长 B为 B n 介 5 25 10 7 m 路程差 y与波长 B的倍数关系为 NB 4 y B 2 1 10 6 m 5 25 10 7 m 可见 用B光作光源 P点为亮条纹 3 若让A光和B光分别照射S1和S2 通过S1 S2的光不满足相干条件 故不能发生 干涉 此时光屏上只能观察到亮光 4 由于NB 4 故B光在PO间有 4 条暗纹 题例 2 D 解析 解析 附着在金属丝圈上的肥皂膜由于受重力作用而上薄下厚 形成 劈形膜 无论在竖直平面内怎样旋转金属丝圈 这种劈形膜的厚度变化都和最初一样 故 干涉条纹保持原来的形状 选 D 演练巩固提升演练巩固提升 1 D 解析 解析 光的色散证明白光是由各种色光混合而成 光的干涉 光的衍射证明光 具有波动性 本题选项 D 正确 2 C 解析 解析 根据条纹间距 x 可知