第十四章第2讲光的干涉、衍射和偏振

第2讲光的干涉、衍射和偏振学习目标学后评价1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振完成□继续□2.掌握产生明暗条纹的条件,掌握双缝干涉和薄膜干涉原理完成□继续□3.掌握发生明显衍射的条件完成□继续□考点一光的干涉现象【核心要点】1.几种常见干涉现象对比项目双缝干涉薄膜干涉平行的平面薄膜干涉牛顿环装置形成原因通过双缝的分光作用获得两列相干光源由薄膜上、下表面反射的光线形成相干光源由球面上和平面上反射的光线形成相干光源条纹特征(单色光)形成明暗相间的等间距的干涉条纹形成明暗相间的等间距的干涉条纹明暗相间的同心圆环,中间疏、边缘密条纹间距Δx=ldΔx=λ—2.明暗条纹判断方法相干光源S1、S2发出的光到某点的路程差为Δr=r2-r1。(途经相同的介质时)【提醒】薄膜干涉问题中,光程差通常为膜厚度的2倍,即Δr=2d,且λ为光在膜中的波长,而不是真空中的波长,两者关系为λ介质=λ真空【典例剖析】角度1双缝干涉【典例1】双缝干涉实验装置的截面图如图所示,光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线的中垂线与光屏的交点,光源S发出波长为λ的光,P为光屏上的第1级亮条纹。若在缝S1的后方放一厚度d=3λ的玻璃片,光经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到P点,经S2出射后直接传播到P点。玻璃对该波长光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。与不放玻璃片时相比,S1、S2的光到P点的时间差变化情况及关于P点干涉条纹的说法正确的是()A.时间差变大,P点为亮条纹B.时间差变小,P点为暗条纹C.时间差不变,P点为亮条纹D.时间差变大,P点为暗条纹【解析】选B。开始时S1、S2到P点的光程差Δl=λ,时间差为Δt=S2P-S1Pc=λc,放入玻璃片后,由n=cv,v=23c,可知时间差变为Δt'=|Δt-(3角度2薄膜干涉【典例2】(多选)教材习题改编(选必一第四章第3节练习与应用T4)如图甲为用干涉法检查玻璃平板b是否平整的装置。将标准玻璃样板a放置在b之上,在一端夹入两张纸片。当红光垂直入射后,从上往下看到的条纹如图乙所示,b板上表面P点附近条纹向左侧弯曲,则()A.P点有凹陷B.P点有凸起C.换用绿光照射,条纹间距变大D.抽去一张纸片,条纹间距变大【解析】选A、D。薄膜干涉是等厚干涉,即明条纹处空气膜的厚度相同,从弯曲的条纹可知,P处检查平面左边的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相等,可知P处凹陷,故A正确,B错误;设两玻璃平板的顶角为θ,则有sinθ=λ2Δx,可得相邻条纹间距为Δx=λ2sinθ,换用绿光照射,由于绿光的波长小于红光的波长,则条纹间距变小;若抽去一张纸片,则θ变小,sinθ变小,条纹间距变大,考点二光的衍射和偏振【核心要点】1.单缝衍射与双缝干涉对比项目单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等,中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮,两边变暗条纹清晰,亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.对光的衍射的理解(1)波长越长,衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象,只是明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况,只有在光的波长比障碍物小得多时,光才可以看作沿直线传播的。3.光的偏振(1)自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通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(2)偏振光的应用:加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。【典例剖析】【典例3】(2025·大庆模拟)如甲、乙两图所示是某同学在做光的单缝衍射和杨氏双缝干涉实验时,利用光照强度传感器得到的条纹相对光强I随水平距离x的分布图像。有关光的衍射和干涉现象,下列说法正确的是()A.甲发生的是干涉现象B.乙发生的是衍射现象C.发生甲、乙现象时,说明光具有波动性D.当所用光线由红光变成蓝光时,乙现象条纹间距不变【解析】选C。单缝衍射实验中,中间条纹间距最大且最亮,可知中间光强最强,而在双缝干涉实验中,形成的明暗条纹间距相等,根据干涉的叠加原理可知,明条纹中心处光强最强,暗条纹中心处光强最弱,因此可判断得知,图甲发生的是衍射现象,图乙发生的是干涉现象,故A、B错误;干涉和衍射是光的波动性的体现,故C正确;由干涉条纹间距Δx=Ldλ可知,当所用光线由红光变成蓝光时,乙现象条纹间距变小,故D【典例4】图甲、图乙分别为研究光现象的两个实验,下列说法正确的是()A.图甲正中央的亮点是由于光通过小孔沿直线传播形成的B.图甲所示现象是光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样,它与光通过圆孔得到的衍射图样是一样的C.图乙中的P、Q是偏振片,P固定不动,缓慢转动Q,只有如图中所示P、Q的“透振方向”相平行的位置时光屏才是亮的D.图乙所示现象可以表明光波是横波【解析】选D。图甲正中央的亮点是由于光通过小圆板发生光的衍射得到的,故A错误;圆孔衍射为光的衍射现象的一种,为光波通过细小圆孔后产生的衍射,屏上中央亮区多,暗区少,与光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样不一样,故B错误;图乙中的P、Q是偏振片,P固