高中物理选修-第十三章第讲光的干涉衍射和偏振

第53讲光的干涉、衍射和偏振

考情剖析（注：①考纲要求及变化中I代表了解和认识，n代表理解和应用；②命题难度中的a代表容易，B代表中等，C代表难）考查内容考名腰求及变化考查年份考查形式考查详情考试层级命题难度光的干涉、衍射和偏振I10年填空考查相干光的加强减弱的条件、条纹间距随波长变化规律12年选择根据光的偏振现象判断光强的变化情况次重点A激光的特性及应用I10年选择考查激光的特性非重点A小结及预测.小结:光的干涉、衍射和偏振，激光的特性及应用以选择题、填空题的形式进行考查，侧重考查光的干涉、偏振现象及激光的特性..预测：四年来启三年考查过，预测14年会继续考查其中的某一知识点..复习建议：建议复

习时要全面掌握各种光现象.知识整合知识整合知识网络基础自测一、光的干涉.光的干涉现象：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现纹，某些区域相互减弱，出现纹，且加强和减弱的区域相间，即亮纹和暗纹相间的现象.光的干涉现象表明光是一种..干涉条件光的干涉的条件是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源. （相干波源的必须相同）.形成相干波源的方法有两种：（1）利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）.（2）设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源， 因此频率必然相等）.下面四个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图..薄膜干涉：当光照射到薄膜上时，可以看到在薄膜上出现明暗相间的条纹.当入射光是白光时，得到彩色条纹，当入射光是单色光时，得到单色条纹.参与薄膜干涉的两列光是分别从薄膜的表面和表面反射出来的两列光.用薄膜干涉可以检查工件表面是否平整，在透镜表面涂上增透膜以增大透射光.二、光的衍射.光的衍射：光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象..发生明显衍射现象的条件是..衍射图样.1)单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同.白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光.2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环.3)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的亮斑 (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环 )..应用：衍射光栅根据原理制成，广泛应用于样品的化学分析、鉴定、标准化测量.利用光栅摄谱，可以探寻原子、分子的内部结构，可以揭示太阳、星星的物质成分.三、光的偏振.光的偏振：光振动沿各个方向均匀分布的光叫自然光，光振动只沿着某个特定方向的光叫偏振光，只有才有偏振现象..由自然光获得偏振光的方法：1)让自然光通过偏振片.2)让自然光在介质表面以适当角度入射，相互垂直的反射光和折射光都为偏振光.3.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.四、激光具有的特点、产生机理及其应用.特点：①激光的 好②激光的 非常好③激光的 度非常局④激光的 性很好.激光产生的机理处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下， 引起高能态向低能态跃迁， 同时在两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去， 这种辐射叫做受激辐射.原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样， 这样使光得到加强，这就是激光产生的机理..应用：①激光是人工产生的相干光可应用于光纤通信.②激光的平行度非常好，可应用于激光测距测速.③激光亮度高、能量大，可应用于切割物体、焊接金属，医学上应用激光刀做外科手术，另外，利用激光可引起核聚变.重点阐述重点知识|怖旬T干涉区域内产生的亮、暗纹亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即 S=nXn=0,1,2,…).暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即 S=(2n+1)^=0,1,2,…).相邻亮纹(暗纹)间的距离Ax=LA入用此公式可以测定单色光的波长. 用白光作双缝干d涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同， 干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹.一、光的偏振光的偏振充分说明光是横波，只有横波才有偏振现象.

除了从光源直接发出的光以外，我们通常见到的大部分光都是偏振光.例如自然光射到两种介质的界面上，调整入射角的大小，使反射光与折射光的夹角是90°,这时反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直.【典型例题1】 如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片 P和Q,A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧.旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是（ ）A、B均不变AA、B均不变A、B均有变化A不变，B有变化A有变化，B不变温馨提示解此题时，利用偏振原理判断记录空间A、B两点光的强度变化.【变式训练1】如图，P是一偏振片，P的透振方向（用带箭头的实线表示）为竖直方向.下列四种入射光束中哪几种照射 P时能在P的另一侧观察到透射光？（ ）A.太阳光B.沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成45。角振动的光二、激光的特性及应用【典型例题2】激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用的叙述正确的是（ ）A.激光是纵波B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同C.两束频率不同的激光能产生干涉现象D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离温馨提示解此题时，注意激光的各特性所对应的应用.记录空间【变式训练2】在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的什么特性？（ ）A.亮度高B.平行性好C.单色性好D.波动性好易错诊所一、光的干涉和衍射.双缝干涉和单缝衍射都是叠加的结果，只是干涉条纹是有限的几束光的叠加，而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加. 在双缝干涉实验中，光在通过其中的三个狭缝时，都发生了衍射而形成三个线光源.所以，一般现象中既有干涉又有衍射..单缝衍射时，照射光的波长越长，中央亮纹越宽，所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象，且中央白光的边缘均呈红色..干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹.只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同，衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮..干涉现象中亮、暗条纹的判断： Ar=nXn=0,1,2,…），即到双缝的距离差为波长的整数倍的点出现亮条纹； Ar=nH2（n=0,1,2,…），即到双缝的距离差为半波长奇数倍的点出现暗条纹.【典型例题3】 如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为 5.30X10-7m,屏上P点距双缝S和S2的路程差为7.95X107m,则在这里出现的应是 （选填“明条纹”或“暗条纹” ）.现改用波长为6.30X10-7m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将（选项“变宽”、“变窄”或“不变” ）.激光温馨提示本题考查相干光的加强减弱的条件、条纹间距随波长变化的规律.记录空间【变式训练3】如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样.分析各图样的特点可以得出的正确结论是 （ ）abcda、b是光的干涉图样c、d是光的干涉图样C.形成a图样光的波长比形成b图样光的波长短D.c、d中央条纹为暗纹【变式训练4】在观察光的衍射实验中，分别观察到如图（a）、（b）所示的清晰的明暗相间的图样，图中黑线为暗纹.那么障碍物应是（ ）图（a） 图（b）（b）图对应的是很小的不透明圆板（a）图对应的是很大的不透明圆板（b）图对应的是很大的中间有大圆孔的不透明挡板（a）图对应的是很大的中间有小圆孔的不透明挡板随堂演练.关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是 （ ）A.光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的叠加原理B.光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的C.光的干涉现象说明光具有波动性，光的衍射现象说明光具有粒子性D.光的干涉现象和衍射现象都是光波叠加的结果.关于波动，下列说法正确的是（ ）A.各种波均会发生偏振现象B.用白光做单缝衍射与双缝干涉实验，均可看到彩色条纹C.声波传播过程中，介质中质点的运动速度等于声波的传播速度D.已知地震波的纵波波速大于横波波速，此性质可用于横波的预警.关于光的偏振现象，下列说法中正确的是（ ）A.偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同B.自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光C.光的偏振现象说明光是一种纵波D.照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用.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，这是光的干涉现象，有关这一干涉的叙述正确的是 （ ）第4题图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.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 （ ）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.碳水化合物（糖）的含量是衡量奶粉质量的一个重要指标，可以用“旋光”来测量糖

溶液的浓度，从而鉴定含糖量，偏振光通过糖的水溶液后， 偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度”，这个角度称为“旋光度”， 口的值只与糖溶液的浓度有关，将a的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量.如图所示， S是自然光源，A、B是偏振片，转动B,使到达O外的光最强，然后将被测样品 P置于A、B之间，则下列说法中正确的是（ ）

s自然光源APB

偏振片袖恻样品偏振片第s自然光源APB

偏振片袖恻样品偏振片第6题图A.到达O处光的强度会减弱B.到达O处光的强度不会减弱C.将偏振片B转过一个角度，使彳导。处强度再次最大，偏振片B转过的角度等于aD.将偏振片A转过一个角度，使得。处强度再次最大，偏振片A转过的角度大于a7.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 （ ）入射光必杼梦甲 乙第7题图A.干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的（1）如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样,分析各图样的特点可以得出的正确结论是 （ ）abcda、b是光的干涉图样c、d是光的干涉图样C.形成a图样的光的波长比形成 b图样光的波长短D.形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短flfl第8题图（2）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，则图中a光为光.图中b光为光.以SP为轴将B转过180°后，在P处（选填“能”或“不能”）看到光亮，以SP为轴将B转过90。后，在P处（选填“能”或“不能”）看到光亮.第53讲光的干涉、衍射和偏振知识整合基础自测一、1.亮暗波2.频率3.前后二、2.障碍物（或孔）的尺寸跟波长差不多，甚至比波长还小4.光的衍射三、1.横波四、①.相干性②.平行度③.亮④.单色重点阐述【典型例题1】如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧.旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是（ ）A、B均不变A、B均有变化A不变，B有变化A有变化，B不变白炽灯光为自然光，经过P白炽灯光为自然光，经过P后为偏振光.在A处看到的偏振光亮度不变；在B光亮度不变；在B处看到的光线亮度一会儿由强变弱，一会儿由弱变强.答案C.白炽灯也Q白炽灯也Q变式训练1ABD【解析】当光的振动方向与偏振片的透振方向平行时， 透光最强;垂直时，无光透过；若为某一角度时，有部分光透过.而太阳光是自然光，沿各个方向的振动都存在，因此A、B、D选项正确.【典型例题2】激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用的叙述正确的是（ ）A.激光是纵波B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同C.两束频率不同的激光能产生干涉现象D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离【答案】 D【解析】（1）本题考查激光的有关知识.激光是电磁波中的一种，是一种横波.频率相同的激光在不同的质中的波长是不同的， B项错误；能产生干涉的条纹的频率要相同，C项错误；测定距离就是利用激光的平行度高的特征， D项正确.变式训练2C【解析】频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光.故本题的正确答案是 C【典型例题3】如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为 5.30X107m,屏上P点距双缝Si和S2的路程差为7.95X107m,则在这里出现的应是（选填“明条纹”或“暗条纹”）.现改用波长为6.30X107m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将（选项“变宽”、“变窄”或“不变”）.【答案】暗条纹变宽 【解析】当点到差为半波长的奇数倍时，出现暗条纹；Ax=L入，随波长变长，条纹间距离变宽.d变式训练3A【解析】单色光的双缝干涉形成的是明暗相间的条纹， 并且亮纹和暗纹间距相等，而单缝衍射形成的是虽然也是亮、暗相同的衍射条纹，但中央条纹宽度大，亮度也大，可见，a、b是光的干涉图样，c、d是光的衍射图样，并且c、d中央条纹为亮纹,选项A正确，BD错误；a、b光形成的干涉条纹的间距与波长成正比，即Ax=：入，a光形成的条纹间距大，所以形成 a图样光的波长比形成b图样光的波长长，选项C错误.本题答案A.变式训练4AD【解析】比较两图，它们的背景明显不同，（a）图的背景为黑色阴影，说明障碍物应是很大的不透明挡板， 中间有透光并且带有衍射图样的花纹， 说明挡板的中间有小圆孔，D项正确；（b）图的背景为白色，说明周围没有障碍物，中间有不透光圆形阴影，并且带有衍射图样的花纹，说明中间存在很小的不透明圆板， （b）图正中央的小亮点是泊松亮斑，A项正确.随堂演练1.D【解析】 光的衍射图样是很复杂的光波的叠加现象，所以干涉和衍射都遵循波的叠加原理，A错D对•光的衍射和干涉是波所特有的现象， 说明光具有波动性，C错.白光的干涉条纹是彩色的，单色光的是明暗相同的，单色光的衍射条纹是明暗相间的. B错.2.BD【解析】只有横波才有偏振现象， A错，声波传播过程中，介质中质点的运动速度不等于声波的传播速度， C错；B、D说法正确，故选BD.3.B【解析】（1）偏振光沿各个方向振动的光波的强度不一定相同， A错；自然光在水面反射的，反射光和折射光都是一定程度的偏振光， B对；横波才有偏振现象，C错；照相机镜头表面的镀膜并不是光的偏振现象，而是为了增透， D错.4.B【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，Ar=kX（k=0,土，及，…）时，形成明条纹，当Ar=（2k+1）2（k=0,土，±2,…）时，形成暗条纹，当入射光是白光时，就会形成彩色条纹，对平板玻璃来说，每一块