12.2光的波动性

第2讲光的波动性 一 光的干涉 1 光的干涉 1 现象 两列光波在空间相遇时发生叠加 在某些区域总是加强 在另外一些区域总是减弱 从而出现 的条纹 2 条件 相同 相同 相位差恒定的两列光叠加 3 获得相干光源的方法 将同一列光波分解为两列光波 可以获得相干光源 干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源 明暗相间 频率 振动方向 双缝 2 两种典型的干涉 1 双缝干涉 相干光 两狭缝S1 S2射出的两束光 图样特点 单色光时形成 的条纹 白光时形成 条纹 明暗相间 彩色 屏上到S1S2距离相等的点出现的是明条纹 叫做中央亮纹 明 暗 条纹的宽度相同 P1第一亮纹 P中央亮纹 P2第二亮纹 P3 第三亮纹 P3第三亮纹 P2 第二亮纹 P1 第一亮纹 条纹间距公式 为光的波长 d为两缝间的距离 l为两缝到光屏的距离 双缝干涉的规律 例证1 2011 北京高考 如图所示的双缝干涉实验 用绿光照射单缝S时 在光屏P上观察到干涉条纹 要得到相邻条纹间距更大的干涉图样 可以采用 A 增大S1与S2的间距B 减小双缝屏到光屏的距离C 将绿光换为红光D 将绿光换为紫光 互动探究 若用氦氖激光器进行双缝干涉实验 已知使用的双缝间的距离d 0 1mm 双缝到屏的距离l 6 0m 测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3 8cm 氦氖激光器发出的红光的波长 是多少 假如把整个装置放入折射率是的水中 这时屏上的条纹间距是多少 解析 由 y 得 6 3 10 7m 即激光器发出的红光的波长是6 3 10 7m如果整个装置放入水中 激光器发出的红光在水中的波长设为 则 y 因此有 即 y 2 85cm 答案 6 3 10 7m2 85cm 明 暗条纹的确定 双缝干涉实验中 光屏上某点到相干光源S1 S2的路程之差为光程差 记为 如图所示 亮纹 光程差 k k 0 1 2 等 暗纹 光程差 2k 1 2 k 0 1 2 3 等 2 薄膜干涉 相干光 光照射到透明薄膜上 从 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 的厚度相等 常见的薄膜干涉现象 蚌壳内表面的彩色 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 水面的油花等 薄膜 薄膜 光程差为波长的整数倍 形成黄色的亮条纹 光程差为半波长的奇数倍 形成暗条纹 现象解释 白光照射时是彩色条纹 光的干涉在技术上的应用 增透膜利用光的薄膜干涉 在镜面涂上一层厚度适当的透明薄膜 该膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1 4 即这样 从膜的前后两个表面反射的光 光程差恰好等于半个波长 叠加后互相抵消 减弱了反射光的强度 使透射光的强度得以增大 这种膜叫增透膜 增反膜 增反膜 的厚度的分析 例证2 登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射 尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射 否则将会严重地损伤视力 有人想利用薄膜干涉原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜 他选用的薄膜材料的折射率为n 1 5 所要消除的紫外线的频率为 8 1 1014Hz 那么他设计的这种 增反膜 的厚度至少是 A 9 26 10 8mB 1 85 10 7mC 1 23 10 7mD 6 18 10 8m 变式训练 照相机的透镜表面涂有一层氟化镁薄膜 其折射率n 1 38 介于空气和透镜之间 入射光正入射 为使真空中波长为550nm的光增透 所涂薄膜的最小厚度为 解析 由 最小厚度d 得d 代入数据解得d 1 0 10 7m答案 1 0 10 7m 检查平整程度如图所示 待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜 用单色光进行照射 入射光从空气膜的上 下表面反射出两列光波 形成干涉条纹 待检平面若是平的 空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上 干涉条纹是平行的 反之 干涉条纹有弯曲现象 例证2 如图甲所示 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 A 干涉现象是由于平凸薄透镜上表面反射光和平板玻璃上表面反射光叠加形成的B 与亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的C 远离中心点处亮环的分布较疏D 用太阳光照射时 不会出现干涉形成的圆环 B 规律方法 薄膜干涉的条纹与膜厚度的关系分析方法 1 对于薄膜干涉关键是弄清楚薄膜位置 相干光是薄膜的上下两个表面的反射光 2 同一亮条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方 若厚度均匀变化 形成等间距干涉条纹 厚度变化越快 形成的干涉条纹越密 3 检查工件的平整程度 熟悉等厚干涉条纹是均匀的 知道条纹间距的决定因素 满足 1 衍射现象 光绕过障碍物 传播方向的现象2 发生明显衍射现象的条件 当孔或障碍物的尺寸 或者跟波长 时 才能发生明显的衍射现象 二 光的衍射 偏离直线 比光波波 长小 相差不多 1 光的衍射的理解 1 在发生明显衍射的条件下 当缝变窄 或孔变小 时 亮斑的范围变大 条纹间距离变大 而亮度变暗 2 衍射图样 单缝衍射 中央亮纹宽且亮 两侧条纹明暗相间 窄且暗 白光衍射时 中央仍为白光 两侧为彩色 最靠近中央的是紫光 最远离中央的是红光 圆孔衍射 明暗相间的不等距圆环 中央是大且亮的圆亮斑 泊松亮斑 光照射到一个半径很小的圆板后 在圆板的阴影中心出现小的亮斑 向外是相应的阴影 再向外是亮暗相间的圆环 这是光能发生衍射的有力证据之一 2 2011 大港区模拟 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判断细丝粗细的变化 则 A 这里应用的是光的色散现象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 选D 细丝相当于狭缝 细丝如果足够细 激光束越过细丝时也会发生光的衍射 且丝越细 越接近激光波长 衍射现象越明显 A B错 细丝的宽度相当于狭缝的宽度 抽制的丝变细 则衍射条纹变宽 C错D对 几何光学与物理光学的综合 例证3 光束1和光束2通过三棱镜的传播路径如图所示 针对光束1和光束2 以下说法正确的是 A 两束光束在棱镜中的传播时间相等B 两束光束以相同的入射角从水中斜射入空气中时 如果光束1发生全反射 那么光束2也一定发生全反射C 两束光在大气中传播遇到浮尘等小颗粒时 光束2的衍射比光束1明显D 通过同一实验装置观察两束光的双缝干涉条纹 光束1的条纹间距比光束2的小 变式训练 2012 宁德模拟 小明在实验探究中用一束复色光沿AO方向 O是圆心 射入一半圆形玻璃砖 射出时分成a b两束单色光 以下说法正确的是 A a光比b光先从玻璃砖中射出B 若将光束AO绕O点逆时针转动 则a光先发生全反射C 分别让a b通过同一双缝干涉仪 则a光干涉条纹间距较大D 分别让a b通过同一单缝 则a光更容易发生衍射 1 光的偏振 1 自然光 太阳 电灯等普通光源发出的光 2 偏振光 在跟光传播方向垂直的平面内 光的强度在某一方向较强 而在另一些方向 偏振是横波的特性 三 光的偏振 较弱 偏振光的产生方式 1 让自然光通过偏振片 偏振片的作用是只允许沿某一个方向振动的光通过 沿其他方向振动的光不能通过 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 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 关于光的偏振 下列说法中错误的是 A 自然光通过偏振片后就变成了偏振光B 立体电影就利用了光的偏振现象C 在拍摄日落时水面下 池中的鱼等