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2012届福建鲁科版学海导航新课标高中总复习第1轮物理第12章第2课时光的干涉、衍射和偏振现象


光学相对论简介2光的干涉、衍射和偏振现象第十二章 1.光的 干涉现象(1)光的干涉现象:在两列相干光波相遇的空间,可以看到 明暗相间(单色光)或者是彩色的条纹(白光),这就是光的干涉现象, 产生的条纹叫干涉图样. (2)光的干涉条件:两列 .相同的光波(相干光源)互相叠加.

频率及振动情况 2.双缝干涉如图 12-2-1 所示,平行光通过单缝 屏后,又照射到双缝屏上,这样,一束光就被分成两束和 完全一致

的相干光,这两束光相遇后,在像屏上形成相互平行的条纹.当入射 光为白光时得到条纹, 当入射光为单色光时, 在像屏上得到 频率振动情况彩色明暗相间的图 12-2-1 (1)双缝干涉图样特点:单色光干涉图样的中央为明条纹,往两 边是明暗相间且 相等的条纹,白光干涉图样的中央明纹为 侧依次出现彩色条纹. (2)明、暗条纹的位置当|S1P-S2P|=kλ (k=0,1,2,3,…)时,在 P 处出现条纹. 当|S1P-S2P|=(2k+1) 间距白色明暗 (k=0,1,2,3,…)时,在 P 处出现条纹. ,在两 条纹.

(3)条纹间距与波长的关系屏上相邻亮条纹或相

邻暗条纹之间的距离总是相等的.其距离大小Δ x 与双缝之间距离 d、 双缝到屏的距离 L 及光的波长λ 有关,即:Δ x= .

在 L 和 d 不变的情况下,Δ x 和波长λ 成正比,应用上式可测 光波的波长λ .

用同一实验装置做干涉实验,红光干涉条纹的间距Δ x 红最, 紫光的干涉条纹间距Δ x 紫最,则可知:λ 红 λ 紫,红光的频率ν 红 紫光的频率ν 紫. 大小大于小于 3.薄膜干涉定义:光照射在薄膜上,从膜的 反射回来的光再次相遇,而产生的干涉现象. (1)薄膜干涉的产生如图 12-2-2 所示,竖直的肥皂薄膜,由于重 力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照射到薄膜上时,在膜的前表面 AA′和后表面 BB′分别反射回来,形成两列频率相同的光波,并且 叠加产生干涉现象. 前表面后表面图 12-2-2 说明:①若单色光照在上述薄膜上,将形成明暗相间的条纹. ②若白光照在上述薄膜上,将形成彩色条纹. ③水面上的油膜、肥皂泡等在白光的照射下,出现灿烂的彩色, 都是薄膜干涉现象. (2)薄膜干涉的应用①检查精密零件的表面平整程度*②增透膜: 在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜,当薄膜的厚度是入射光 在薄膜中波长的时,光垂直入射时在薄膜的两个面上的反射光,光程 差恰好等于半个波长,因而相互抵消,达到减小反射光、增大透射光 强度的作用. 4.光的衍射现象(1)光的衍射:光在遇到障碍物或小孔时,偏离 直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射. (2)光发生明显衍射现象的条件:当孔或障碍物的尺寸比光波波 .和

长,或者跟波长时 ,光才能发生明显的衍射现象. 小差不多(3)常见的光的衍射现象①光通过狭缝的衍射现象:单 色光通过狭缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹,中央为 .中央条

纹较较,往两边条纹渐渐.白光通过狭缝时,在屏上出现条纹.中央为 条纹. 明纹宽亮窄暗彩色白②光通过小孔的衍射现象:光通过小孔时 (孔很小)在屏上会出现 的圆环,中间亮斑很亮.

③光照到小圆板上的衍射现象:当光照到不透明的小圆板上,在 屏上圆板的阴影中心,出现亮斑――亮斑.这是光能发生衍射现象的 有力证据之一. 明暗相间泊松 5.光的电磁说(1)麦克斯韦在研究电磁场理论时预 言了电磁波的存在, 并且从理论上得出了电磁波的传播速度跟实际测 得的光速相同,在此基础上,麦克斯韦提出了光的电磁说:光是一 种 . 电磁波(2) 度确实等于 用实验证实了电磁波的存在, 测得电磁波的传播速

,并且证明了电磁波也能产生反射、折射、干涉、衍射 .

等现象,这就从实验上证实了光是一种

(3)光的电磁说的重要意义是确定了光的电磁本质. 6.光的偏振(1)只有波才能发生偏振现象,光的偏振现象表明光 是一种波. 赫兹光速电磁波横横(2)自然光与偏振光①自然光:在任意一个 垂直于光传播方向振动的光波的强度都相同.

②偏振光:在垂直于光传播方向的平面内,只沿某一个特定方向 振动的光.除了直接从光源发出的光外,日常生活中遇到的光大都是 偏振光. (3)光的偏振的应用:立体电影、照相机镜头、消除车灯眩光等. 光的干涉现象的分析与计算在双缝干涉实验中,光屏上 P 点到双缝 S1、S2 的距离之差Δ s1=0.75μ m,光屏上 Q 点到双缝 S1、 S2 的距离之差Δ s2=max.book118.comν =6.0×1014Hz 的黄光照射双 缝,则( )

A.P 点出现亮纹,Q 点出现暗纹 B.P 点出现暗纹,Q 点出现亮纹 C.两点均出现亮纹 D.两点均出现暗纹 由光的频率ν =6.0×1014Hz, 知光的波长λ =c/ν =5×10-7m P 点到双缝 S1、S2 的距离之差Δ s1=0.75μ m=7.5×10-7m=1.5λ Q 点到双缝 S1、S2 的距离之差Δ s2=1.5μ m=15×10-7m=3λ ,因此, P 点出现暗纹,Q 点出现亮纹,本题的正确答案是选项 B. 在两相干波相遇的区域中,判断各点的明暗情况是通过该 点到两缝的路程差的大小与波长的关系进行判断的. 变式训练 1:如图 12-2-4 所示是研究光的双缝干涉的示意图, 挡板上有两条狭缝 S1、S2,由 S1 和 S2 发出的两列波到达屏上时会 产生干涉条纹,已知入射激光的波长为λ ,屏上的 P 点到两缝 S1 和 S2 的距离相等,如果把 P 处的亮条纹记作第 0 号亮纹,由 P 向上数, 与 0 号亮纹相邻的亮纹为 1 号亮纹, 1 号亮纹相邻的亮纹为 2 号亮 与 纹, P1 处的亮纹恰好是 10 号亮纹.设直线 S1P1 的长度为 r1, 则 S2P1

的长度为 r2,则 r2-r1 等于( ) max.book118.com 12-2-4 解析:由题设可知,从中央亮条纹 P 算起,P1 点处是 第 10 号亮条纹的位置,表明 S1、S2 缝到 P1 处的距离差 r2-r1 为波 长的整数倍,且刚好是 10 个波长,所以,选项 B 正确. 光的衍 B.10 λ max.book118.com D.20λ 图

射现象的应用抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细,如图 12-2-5 所示,观察激光束经过细丝时在光屏上所产生的条纹即可判 断细丝粗细的变化( ) B.这是光的折射现象 C.如果屏上条

A.这是光的干涉现象

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 图 12-2-5 这是光的衍射现象产生的, 在屏上产生的条纹的宽度与抽制的 丝的粗细有关,由衍射现象的特点可知,抽制的丝越细,则屏上条纹 越宽,本题的正确答案是选项 D. 这种细丝的衍射现象与单狭缝的衍射相似, 可以借鉴其结论进 行解释. 变式训练 2:在用单色平行光照射单缝,观察衍射现象时,下面 说法正确的是( )

A.缝越长,衍射现象越明显 B.缝越宽,衍射现象越明显 C.照射 光的波长越短,衍射现象越明显 D.照射光的波长越长,衍射现象越

明显 D. D

解析:根据衍射的特征可以判断,本题的正确答案是

光的偏振现象的应用关于光的偏振, 下列说法中不正确的 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、池中的鱼等景象时,可在镜头前 装一偏振滤光片,使图像清晰 D.一列光在界面上发生反射与折射, 反射光与折射光都是偏振的, 且偏振方向都相同 自然光通过偏振片 后就变成了偏振光,这是偏振光产生的一个方法,答案 A 正确;立体 电影是两偏振光同时放出,属于光的偏振现象,答案 B 正确;在拍摄 日落时水面、池中的鱼等景象时,可在镜头前装一偏振滤光片,这样 做可以减少反射光的干扰,使图像清晰,答案 C 正确;D 选项中反射 与折射光都是偏振的,但偏振方向不同.选 D. 变式训练 3:两个偏振片紧靠在一起,将它们放在一盏灯 的前面以致没有光通过.如果将其中的一片旋转 180°,在旋转过程 中,将会产生下述的哪一种现象( ) B. 透

A. 透过偏振片的光强先增强, 然后又减少到零 过偏振片的光强先增强,然后减少到非零的最小值 片的光强在整个过程中都增强 减弱,然后又增强

C.透过偏振

D.透过偏振片的光强先增强,再

解析:起偏器和检偏器的透振方向垂直

时,没有光通过;透振方向平行时,光强度达到最大.当其中一个偏

振片转动 180°的过程中,两偏振片的透振方向由垂直到平行再到垂 直,所以通过的光先增强,又减小到零,选项 A 正确. 几何光学与 物理光学的综合应用光束 1 和光束 2 通过三棱镜的传播路径如图 12-2-6 所示.针对光束 1 和光束 2,图 12-2-6 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 由图可知,1、2 光束进入三 棱镜后,光束 2 的偏折程度更大,所以光束 2 的折射率大,频率大, 波长小,在介质中的速度小,所以传播相同的距离用的时间更长,A 错;由 可知,折射率大的光束 2 的临界角小,所以当光束 1 发生全 反射时,光束 2 也一定发生了全反射,B 对;发生明显衍射的条件是 波长比障碍物的尺寸大或相当, 所以波长大的光束 1 更容易发生明显 衍射,C 错;双缝干涉实验中,波长越长,条纹间距越大,D 错,故 选 B. 由于几何光学中的折射、全反射与折射率有关,而物理光学中 的干涉、衍射现象也与折射率、频率、波长有关,所以这两部分知识 常结合在一起出题,折射率是联系这两部分的桥梁.一般根据题目先 分析出折射率的大小关系,折射率大的光,频率大,临界角小,在介 质中的速度小,波长小,干涉、衍射条纹窄.将这些知识点记忆清楚,

就能快速、准确的答题. 基础训练 1.下列现象中哪些是由于光的干涉产生的( )

A.雨过天晴,天空出现彩虹 下呈现彩色花纹 色条纹

B.肥皂泡在阳光的照射

C.对着日光灯从两支并拢铅笔的缝中看到的彩

D.太阳光通过三棱镜呈现彩色光带 B 2.在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏

基础训练

上观察到了彩色干涉条纹.若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只 能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),这时 ( ) A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝 干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜 C.任何颜色的双缝干涉条纹都 D.屏上无任何光亮 C

色的双缝干涉条纹依然存在 不存在,但屏上仍有光亮 基础训练

3.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的 )

应用,下列说法正确的是(

A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是 利用光的偏振现象 用光的衍射现象 现象 B. 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利 C. 在光导纤维束内传送图像是利用光的色散

D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 D 4.如图 12-2-7 所示的是一竖立的肥皂液薄膜的横

基础训练

截面,关于竖立肥皂液薄膜上产生光的干涉现象的说法中正确的是 ( )

A. 干涉条纹的产生是由于两束光线在前表面反射形成的 两列光波的叠加 波谷与波谷叠加而成 距比黄光照射时小 图 12-2-7 C 基础训练 5.夜晚, 汽车前灯发出的强光将迎面驶来的 B.干涉条纹的暗纹是由于上述两列反射波的 C.用绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间 D.薄膜上干涉条纹基本上是竖立的

汽车司机照射得睁不开眼,严重影响行车安全.若考虑将汽车前灯


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