认识光的本性解决实际问题

1、认识光的本性解决实际问题光的干涉、光的衍射、光的偏振充分证实了光的波动性认识，通过下面的几个具体问 题探讨，能加深同学们对光的本性的深刻理解。问题一。试举一种看起来有明暗相间条纹但又不是干涉的自然现象；再举一个看起来没有 明暗相间条纹的自然界中的干涉现象.解析：人眼透过两层叠在一起的窗纱去看明亮的背景，由于窗纱经纬丝纹的不规则性，将看 到形状不规则的明暗相间条纹，它决不是干涉的结果.照相物镜表面看起来是一片蓝紫色，并无明暗条纹，但它却是一种干涉现象.问题二。将杨氏双孔干涉装置(如图所示)分别作如下单项变化，屏幕上干涉条纹有何改变?将双孔间距d变小;(2(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)

2、解析：(1)将钠光灯改变为氦氖激光；将单孔S沿轴向双孔屏靠近；将整个装置浸入水中；将单孔S沿横向向上作小位移；将双孔屏沿横向向上作小位移；将单孔变大；条纹间距变宽，中间亮纹位置不变。条纹变宽，中间亮纹位置不变，光强变弱了.条纹变宽，中间亮纹位置不变，黄条纹变成红条纹.条纹间距不变，光的亮度变大.条纹间距将变小.整个干涉条纹区向下移，干涉条纹间距不变.整个干涉条纹区向上移，干涉条纹间距不变.光强变大，可见度变小，中间亮纹位置不变，干涉条纹间距不变.问题三：试用杨氏双缝实验说明干涉与衍射区别与联系解析：光的干涉和衍射是说明光有波动性的主要特征，两者都是光束的叠加形成的，都有空 间明暗不均匀现象，都

3、不符合几何光学的规律.它们的主要不同是：形成条件不同：在杨氏双缝干涉中，在屏上观察区域内可以认为穿过狭缝时所有的光彼 此都相同，就像穿过狭缝时只有两条光线一样.因此，杨氏双缝干涉可以认为只有两束光线 的叠加形成的.对于单缝衍射，由于必须考虑到穿过缝的不同部位的光线之间的相位差才能 解释实验现象，因此，它是由缝中各点发出的无数束光线的叠加形成的.分布规律不同：在杨氏双缝干涉中，由光强的分布规律而呈现的条纹图样，是中央明条， 两边等间距排列亮度相同的明暗条纹.在单缝衍射中的条纹图样，中央是一条最亮最宽的明 条，两边不等距排列着亮度比中央明条弱得多的明条，并且离中央明条越远，条纹亮度越弱 问题四：用

4、细铁丝围成一圆框，在肥皂水中蘸一下，然后使圆框平面处于竖直位置，在室内 从反射的方向观察皂膜.开始时看到一片均匀亮度，然后上部开始出现彩色横带，继而彩色 横带逐渐向下延伸，遍布整个膜面，且上部下部彩色不同；然后看到彩带越来越宽，整个膜 面呈现灰暗色，最后就破裂了，试分析这个现象.解析：我们看到的是肥皂液膜对白光的反射相干光.开始时液膜很厚，对白光中很多波长都 有反射干涉加强现象，故皂液膜呈现不带色彩的一片白光亮度.然后膜上部最先变薄，上部 呈现色彩横带.皂液下流，薄的部位由上向下延伸，色彩区变宽，遍及全膜.上下彩色不同 说明膜厚不等，上薄下厚.彩带变宽说明楔形皂膜上部楔角越来越小.呈现一片灰暗

5、色的原 因是整个液膜厚度已接近于零，暗光强来于半波突变、k=0.5的原因，这也正是破裂前的现 象.问题五：照相机镜头表面为何呈现蓝紫色？解析：人眼对可见光中不同色的光反应的灵敏度各不一样，对绿光反应最灵敏.而照相底片 没有这个性质，因此，拍照出来景物照片的颜色和人眼直接观察的有差别.为了减小这个差 别，在照相机镜上镀上一层增透膜，以便使绿颜色的光能量更多地进入镜头，使照片更加接 近实际景物的颜色.绿颜色的光增透，反射光中加强的光是它的互补色，因此看上去呈现蓝 紫色.问题六：杨氏又发现用狭缝代替小孔可以得到同样清晰但明亮得多的干涉图样，这“明亮得 多”的原因是什么？解析：用狭缝代替小孔，狭缝成为

6、线光源，而线光源可以认为由许多个发光点沿一条线排列 组成的，每个点光源分别产生自己的干涉图样，在屏上的干涉条纹则是各个点光源的干涉图 样的叠加。由于这些点光源与双缝的相对位置完全一样，产生的干涉图样完全相同。虽然不 同的点光源的光互不相干，但它们叠加起来仍与点光源产生干涉图样相似，只是强度增大而 由亮点变成明线，易于观察。问题七：在双缝干涉实验中，如果用红色滤光片遮住一个狭缝S1，再用绿滤光片遮住另一 个狭缝S2,当用白光入射时，屏上是否会产生双缝干涉图样？解析：这时在屏上将会出现红光单缝衍射光矢量和绿光单缝衍射光矢量振动的叠加。由于红 光和绿光的频率不同，因此它们在屏上叠加时不能产生干涉，此

7、时屏上将出现混合色二单缝 衍射图样。问题八：在双缝干涉实验中，如果遮闭其中一条缝，则在屏上出现的条纹有何变化？原来亮 的地方会不会变暗？解吸：如果遮住双缝其中的一条缝，在屏上将由双缝干涉条纹演变为单缝衍射条纹，与干涉 条纹相比，这时单缝衍射条纹亮度要减弱，而且明纹的宽度要增大，但由于干涉是受衍射调 制的，所以原来亮的地方不会变暗。问题九：双缝干涉的亮条纹或暗条纹是两列光波在光屏处叠加后加强或抵消而产生的，这是 否违反了能量守恒定律？解析：暗条纹处的光能量几乎是零，表明两列光波叠加，彼此相互抵消，这是按照光的传播 规律，暗条纹处是没有光能量传到该处的原因，不是光能量损耗了或转变成了其它形式的能

8、量。同样，亮条纹处的光能量比较强，光能量增加，也不是光的干涉可以产生能量，而是按 照波的传播规律到达该处的光能量比较集中。双缝干涉实验不违反能量守恒定律。问题十：两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线透过。当其中一偏振 片慢慢转动360时，透射光强度如何变化？解析：光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零。起偏振器就是一块偏振片，而偏 振片是在两个相互正交的方向上，具有完全不同的光的吸收性质，在一个方向上对光的吸收 比在另一个方向上对光的吸收相差很多，这个方向称为偏振片的透光轴。因此让自然光通过偏振片时，出射光就具有了偏振性质，而让偏振光通过偏振片，则只有在偏振光的偏振方向 和偏

9、振片的透光轴一致时，才会出现出射光。这就是所谓检偏振器的作用。线偏振光通过偏 振片后，根据偏振光的偏振方向和偏振片的透光轴之间的角度的不同，就会导致出射光的亮 度的不同。问题十一：为什么利用激光可以测量地球与月亮之间的距离，而不用用手电筒发出的光？ 解析：激光的方向性比现在所有的其他光源都好得多，它几乎是一束平行线。如果把激光发 射到月球上去，历经38.4万公里的路程后，也只有一个直径为2km左右的光斑，我们在地 球上可以十分清晰地获得反射光线。如果用的是探照灯，则绝大部分光早就在中途“开小差” 了。到达月球的只是少部分光线，并且分布面积极大，所以亮度十分微弱，所以再反射回来 的光线少之又少，几乎得不到反射光线。问题十二：通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板，当以入射光 线为轴转动偏振片时，看到的现象有何不同？解析：通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化。因为 灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此当偏振片旋转时，透射出来 的光波的振动方向虽然改变了（肉眼对此不能感觉），但光的强弱没有改变。月亮和黑板反 射的光已经是偏振光，它们通过偏振片透射过来的光线和强弱会随偏振片的旋转发生周期性 的变化。问题十三：已知在单缝衍射现象中第k级暗条纹离中央条纹的距离为i块a用平行光