第五章光的干涉、衍射和偏振+知识点总结 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

2/2新教材鲁科版2019版物理选择性必修第一册第5章知识点清单目录第5章光的干涉、衍射和偏振第1节光的干涉第2节科学测量：用双缝干涉测光的波长第3节光的衍射第4节光的偏振第5节激光与全息照相第5章光的干涉、衍射和偏振第1节光的干涉一、光的干涉及其产生条件1.要使两列光波相遇时产生干涉现象，两列光波必须具有相同的频率和振动方向。2.由干涉现象得出的结论：干涉是波特有的一种现象，光确实具有波的特性。3.相干条件：人们把频率相同、振动方向相同和相位差恒定这三个条件称为光的相干条件，符合这三个条件的光源称为相干光源。二、光的双缝干涉公式1.在双缝干涉实验中，相邻两条亮(或暗)条纹中心间距Δy=ldλ。其中，l表示双缝到光屏的距离，d表示双缝间的距离，λ三、薄膜干涉及其应用1.薄膜干涉：由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象。2.成因：竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用，下面厚，上面薄，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光所走的路程不同。这两列波在一些地方叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些地方叠加后相互削弱，出现暗条纹。3.薄膜干涉的应用：(1)劈尖干涉是一种劈形空气薄膜干涉，可用于检查平面的平整程度。(2)在照相机、望远镜等高质量的光学仪器中，在其镜头的表面镀上透明的增透膜，用来增加透射光的能量。四、双缝干涉的理解和应用1.双缝干涉的装置示意图(1)实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。(2)单缝屏的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝。托马斯·杨那时没有激光，因此他用强光照亮一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光。(3)双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同、振动情况完全一致的相干光。2.屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列光波在同一点引起振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为：(1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍，即：|PS1-PS2|=kλ=2k·λ2(k=0，1，2，3，…)。k=0时，PS1=PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k(2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即：|PS1-PS2|=(2k-1)·λ2(k=1，2，3，…)。k(3)时间上的关系①亮条纹：Δt=nT(n=0，1，2，3，…)②暗条纹：Δt=(2n+1)·T2(n=0，1，2，3，…式中Δt表示两列光波到同一点的时间差；T为光波的周期。3.双缝干涉公式的应用根据双缝干涉中相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距Δy=ldλ，得λ=dlΔy。已知双缝间距d，再测出双缝到屏的距离l和相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距Δ4.双缝干涉图样的特点(1)单色光的干涉图样如图所示，若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越长，条纹间距越大。(2)白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央亮条纹是白色的，这是因为：①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在屏中央形成亮条纹，从而复合成白色条纹。②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距、宽度最大，紫光的亮条纹间距、宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。说明

用白光做干涉实验，从红光到紫光其波长由长到短，它们的干涉条纹间距从大到小，屏中央各色光都得到加强，复合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级亮条纹内紫外红。五、薄膜干涉的原理与应用1.薄膜干涉的成因与应用(1)干涉法检查平面平整度如图甲所示，两平面之间形成一个楔形空气薄层，用单色光从上向下照射，如果被测表面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的直线。如果被测表面某处凹陷，则对应亮条纹(或暗条纹)向左弯曲，如图乙中P所示；如果某处凸起，则对应条纹向右弯曲，如图乙中Q所示。(2)增透膜①增透膜的厚度为入射光在薄膜中波长的2k+14(k=0，1，2…)倍。一般镀膜的厚度都为最小值，即膜中波长的1②增透膜原理：因增透膜的厚度为入射光在薄膜中波长的14，膜的上表面与玻璃表面反射的光的路程差为λ第2节科学测量：用双缝干涉测光的波长一、实验器材1.光具座、双缝干涉仪【光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头(如图)】、学生电源。 二、实验原理与设计根据双缝干涉的条纹间距公式可得λ=dlΔy，分别测量d、l和Δ三、实验步骤1.如图所示，在光具座上把各光学元件装配好。从遮光筒上取下双缝，打开电源，调节光源的高度，直到光束能沿遮光筒的轴线射到毛玻璃屏的中心。放上单缝和双缝，使它们的距离为5~10cm，并保持缝相互平行。注意各光学元件中心应大致位于遮光筒的轴线上。2.观察光屏上的白光干涉条纹的特点。给光源加上不同的滤光片，看条纹的色彩、间距发生了什么变化，相邻亮条纹(或暗条纹)的间距是否相等。3.记下双缝间的距离d和双缝到光屏的距离l。4.转动手轮，先使分划板中心刻线对准某条亮条纹中心，记下此时的读数。继续转动手轮，使分划板中心刻线移过n条条纹，对齐另一亮条纹中心，再记下此时的读数。转动手轮进行测量时，一次测量中不要反向旋转。5.把测量结果记录在数据表格中，算出两次读数之差，并求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δy。求出光的波长。四、实验数据处理与误差分析1.数据处理(1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。(2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹，则相邻两亮条纹间距Δy=|a(3)用刻度尺测量双缝与光屏间的距离l(d是已知的)。(4)重复测量、计算，求出波长的平均值。2.实验误差分析产生原因减小方法干涉条纹没有调到最清晰调节遮光筒的长杆，拨动双缝分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心转动测量头手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮(暗)条纹中心双缝到屏的距离l的测量出现误差多次测量求平均值3.实验注意事项(1)放置单缝和双缝时，必须使两者相互平行，间距为5~10cm。(2)要保持光源、滤光片、单缝、双缝和屏的中心位于遮光筒的轴线上。(3)分划板的中心刻线要对齐亮(或暗)条纹的中心。(4)要多测几个亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求Δx。(5)调节的基本依据：照在屏上的光很弱，主要是光源、单缝、双缝、测量头的中心与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰一般是单缝与双缝不平行所致。第3节光的衍射一、衍射现象1.定义：光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射。2.发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或孔的尺寸接近光的波长时，衍射才是明显的。3.衍射现象是波动性最基本的表现之一。二、衍射对分辨本领的影响1.一个光学仪器的分辨本领，是指这个仪器能把两个相互靠近的物体的像分离开来的能力。2.光学显微镜和望远镜等光学仪器，其透镜就相当于小圆孔，透镜直径越小，产生的衍射现象越明显，分辨本领就越低。三、衍射光栅1.定义：在两个螺杆上绷上许多平行的细金属线，或者在玻璃片上刻上许多均匀细槽的光学器件。2.种类：透射光栅和反射光栅。3.透射光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。多缝干涉的结果使光栅衍射的亮条纹的宽度比单缝衍射时窄得多，明条纹又细又亮。四、对光的衍射的理解1.光是一种波(1)光的衍射现象表明光是一种波。衍射是波特有的现象，光能够绕过障碍物偏离直线传播，即光能发生衍射，表明光是一种波。(2)可见光的波长在400nm到760nm之间，由发生明显衍射现象的条件可知，可见光的衍射现象不易观察。2.衍射种类(1)单缝衍射图样的特征(如图所示) ①中央条纹亮而宽。②两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐降低。③波长一定时，单缝窄的中央亮条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，波长长的中央亮条纹宽，条纹间距大。④白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且靠近白色亮条纹的一侧为紫色，另一侧呈红色。(2)圆孔衍射图样的特征(如图所示) ①单色光的圆孔衍射图样：中央亮圆的亮度大，向外是明暗相间的不等距的圆环。越向外，亮圆环亮度越低。②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，向外是彩色圆环。(3)圆盘衍射图样的特征各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓的边缘模糊不清，若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆盘，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是泊松亮斑(如图所示)。 ①形成泊松亮斑时，圆盘阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。②圆盘衍射图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小。③圆盘衍射图样与圆孔衍射图样比较a.均有明暗相间的圆环，中心均有亮斑。b.圆孔衍射图样的中心亮斑较大，而泊松亮斑较小。3.单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点产生条件任何光都能发生频率、振动方向相同、相位差恒定的两列光波相遇叠加条纹宽度各亮(暗)条纹宽度不等，中央最宽各亮(暗)条纹宽度相等条纹间距条纹间距不等，越靠外条纹间距越小相邻亮(暗)条纹间距相等亮度中央条纹最亮，向两边亮条纹逐渐变暗各亮条纹的亮度基本相等相同点条纹成因条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果意义都是波特有的现象，表明光是一种波第4节光的偏振第5节激光与全息照相一、光的偏振1.偏振现象：(1)波的偏振：如果横波只沿着某一个特定的方向振动，在物理学上就叫作波的偏振。(2)只有横波才存在偏振。2.偏振片：只让某一方向振动的光通过的一种元件。3.光的分类：(1)自然光：在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，振动在平面内的分布大致均匀。(2)偏振光①自然光通过偏振片(起偏器)之后，只有振动方向与透振方向一致的那些光波才能完全通过。自然光通过偏振片后，就能获得偏振光。②起偏器和检偏器：用于获得偏振光的偏振片叫起偏器，用于检查通过起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫检偏器。4.偏振现象的应用：立体电影、照相机镜头前的偏振镜、检查力的分布情况。二、激光与全息照相1.激光及其特性激光是原子受激辐射产生的光，激光光束中所有光子的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，所以激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。2.激光的应用(1)在家中的CD、VCD、有线电视；(2)在联网的计算机上，收集图文信息、收发电子邮件、网上购物；(3)在医院里，治疗疾病、整容美容；(4)在军事领域，激光在制导炸弹、测量距离、跟踪目标、传递军事情报中发挥作用。3.激光与全息照相(1)全息照相的原理：全息照相是应用光的干涉实现的。(2)全息照相与普通照相相比具有的突出特点a.观察再现的图像时，看到的三维立体图像和原来的物体几乎一模一样。b.发现一个物体部分被遮挡了，改变一下角度，就能观察到被遮挡的部分。c.一张全息照片的大部分被损坏或丢失，只留下一小部分，从这一小部分照片仍可再现原物的全貌。d.可以在同一张底片上记录多张图像，再现时可以在不同的角度分别观察到多个不同的像而不互相干扰。三、对光偏振现象的理解1.自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光沿一切方向振动，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，光沿某个特定方向振动举例太阳、电灯、蜡烛火焰等直接发出的光自然光在介质表面反射和折射

形成的光自然光经过偏振片形成偏振光 四、

激光的常见应用应用类型原理利用性质光纤通信激光可以像无线电波那样被调制，可用来传递信息，而它的频率比无线电波高很多，它所能携带的信息量比无线电波大相干性好激光测距对准目标发射一个激光脉冲，激光脉冲发射和接收到反射回波的时间间隔为Δt，可精确求出目标的距离x=12c·Δt平行度好激光读写激光可以会聚到一个很小的点上，利用激光可以在光盘上刻录密度很高的信息，也可以利用激光