物理第十五章 光學(xué) 第2講 光的干涉、衍射和偏振

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1、第2講光的干涉、衍射和偏振知識梳理知識梳理一、光的干涉一、光的干涉1.光的干涉光的干涉:在兩列光波的疊加區(qū)域,某些區(qū)域的光被加強,出現(xiàn)亮條紋,某些區(qū)域的光被減弱,出現(xiàn)暗條紋,且加強區(qū)域和減弱區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象。2.干涉的條件干涉的條件:兩列頻率相同頻率相同 、振動步調(diào)差別恒定(即相位差恒定)的光相遇。雙縫干涉薄膜干涉(1)光的路程差r2-r1=k(k=0,1,2)光屏上出現(xiàn)亮亮 條紋。(2)光的路程差r2-r1=(2k+1) (k=0,1,2)光屏上出現(xiàn)暗暗 條紋。(3)相鄰亮(暗)條紋間距公式:x=(1)薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)前后兩表面前后兩表面 的反射光相遇而形成的

2、干涉。(2)水平狀的明暗相間的條紋,同一條紋對應(yīng)薄膜的厚度相等。(3)a.應(yīng)用增透膜:膜厚度d=;b.用干涉法檢查平面3.典型的干涉實驗典型的干涉實驗2Ld141.光的衍射光的衍射:光繞過障礙物障礙物 或(穿過小孔)偏離直線直線 傳播的現(xiàn)象。二、光的衍射二、光的衍射2.光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:只有當(dāng)障礙物或孔、縫的尺寸與光的波長相當(dāng),甚至比光的波長還小的時候,衍射現(xiàn)象才會明顯。單縫衍射圓盤衍射與泊松亮斑1.偏振偏振:橫波只沿某一特定的方向振動振動 ,稱為波的偏振。三、光的偏振三、光的偏振2.自然光和偏振光的比較表自然光和偏振光的比較表自然光(非偏振光)偏振光光的來源舉

3、例太陽、電燈等光源直接發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光等光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿任意方向,且沿各個方向光振動的強度相同相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光的振動沿特定特定 方向1.在下列各組的兩個現(xiàn)象中都表現(xiàn)出光具有波動性的是()A.光的折射現(xiàn)象、色散現(xiàn)象B.光的反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象C.光的衍射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象D.光的直線傳播現(xiàn)象、反射現(xiàn)象答案答案C衍射、干涉現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象,而橫波具有偏振現(xiàn)象,均能反映光的波動性,所以C選項正確。C2.用如圖所示的裝置來觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象時,以下推斷正確的是()A.狹縫屏的作用是使入射光到達(dá)雙縫屏?xí)r,雙縫就成了兩個振動情況總是相同的光

4、源B.若入射光是白光,則像屏上的條紋是黑白相間的干涉條紋C.像屏上某點到雙縫的距離差為入射光波長的1.5倍時,該點處一定是亮條紋D.雙縫干涉中亮條紋之間的距離相等,暗條紋之間的距離不相等A答案答案 A題圖是利用分光法獲得相干光源,所以A正確;白光的干涉條紋是彩色的,不是黑白相間的,B錯;屏上某點到雙縫的距離差為入射光波長的1.5倍時,該處應(yīng)是暗條紋,C錯;雙縫干涉實驗中,亮條紋之間的距離相等,暗條紋之間的距離也相等,D錯。3.下面四種光現(xiàn)象,與光的干涉有關(guān)的是()A.用光導(dǎo)纖維傳播電磁波信號B.一束白光通過三棱鏡形成彩色光帶C.用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色平行光檢查平面的平整度D.用平行光照射不透光

5、的小圓盤,在圓盤的影的中心形成泊松亮斑答案答案 C用光導(dǎo)纖維傳播電磁波信號是利用光的全反射,A錯誤;白光通過三棱鏡形成彩色光帶是光的色散,B錯誤;檢查平面的平整度是利用光的干涉,C正確;泊松亮斑的形成是光的衍射的結(jié)果,D錯誤。C深化拓展深化拓展考點一考點一雙縫干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生條件及亮暗條紋的分布規(guī)律雙縫干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生條件及亮暗條紋的分布規(guī)律考點二考點二薄膜干涉的產(chǎn)生及其應(yīng)用薄膜干涉的產(chǎn)生及其應(yīng)用考點三考點三光的衍射和偏振光的衍射和偏振深化拓展深化拓展考點一雙縫干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生條件及亮暗條紋的分考點一雙縫干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生條件及亮暗條紋的分布規(guī)律布規(guī)律1.相干光源發(fā)出的兩列光波到達(dá)某點的路程差等于波長的

6、整數(shù)倍時,該處光相互加強,出現(xiàn)亮條紋;當(dāng)?shù)竭_(dá)某點的路程差為半波長的奇數(shù)倍時,該處光互相減弱,出現(xiàn)暗條紋。2.雙縫干涉條紋是等間距的,相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離與波長成正比(裝置已確定的情況下),即x=。利用雙縫干涉實驗可測量光波的波長。Ld1-1(2011北京理綜,14,6分)如圖所示的雙縫干涉實驗,用綠光照射單縫S時,在光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣,可以()A.增大S1與S2的間距B.減小雙縫屏到光屏的距離C.將綠光換為紅光D.將綠光換為紫光C答案答案 C由雙縫干涉條紋間距公式x=可知:增大S1與S2的間距d,x將減小,A項錯誤;減小雙縫屏到光屏的距離L,x將

7、減小,B項錯誤;紅光波長大于綠光,變大,x將變大,C項正確;紫光波長小于綠光,變小,x將變小,D項錯誤。Ld1-2關(guān)于紅光和紫光,下列說法正確的是()A.紅光的頻率大于紫光的頻率B.在同一種玻璃中紅光的速度小于紫光的速度C.用同一裝置做雙縫干涉實驗,紅光的干涉條紋間距大于紫光的干涉條紋間距D.當(dāng)紅光和紫光以相同入射角從玻璃射入空氣時,若紫光剛好能發(fā)生全反射,則紅光也一定能發(fā)生全反射C答案答案 C紅光的頻率小于紫光的頻率,f紅v紫;以相同入射角由玻璃射入空氣發(fā)生全反射時,sinC=,C為臨界角,紫光剛好發(fā)生全反射時,紅光不能發(fā)生全反射,選項A、B、D錯誤。條紋間距x=,紅紫,因此x紅x紫,C正確

8、。cn1nLd考點二薄膜干涉的產(chǎn)生及其應(yīng)用考點二薄膜干涉的產(chǎn)生及其應(yīng)用1.產(chǎn)生和條紋分布產(chǎn)生和條紋分布如圖所示,豎直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照射到薄膜上時,在膜的前表面AA和后表面BB分別反射回來,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加。(1)在P1、P2處,兩個表面反射回來的兩列光波的路程差x等于波長的整數(shù)倍x=n(n=1,2,3,)。波峰和波峰疊加,波谷和波谷疊加,使光波振動加強,形成亮條紋。(2)在Q處,兩列反射回來的光波的路程差x等于半波長的奇數(shù)倍x=(2n+1)(n=1,2,3,)。反射回來的兩列光,波峰和波谷疊加,使光波振動抵消,形成暗條紋。根據(jù)上述分析,可知在

9、薄膜上形成明暗相間的干涉條紋。22.薄膜干涉的應(yīng)用薄膜干涉的應(yīng)用(1)檢查精密零件的表面是否平整用干涉法檢查平面:如圖甲所示,兩板之間形成一層空氣膜,用單色光從上向下照射,入射光從空氣膜的上、下表面反射出兩列光波,形成干涉條紋。如果被檢測平面是光滑平整的,得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凹下去,則對應(yīng)明紋(或暗紋)提前出現(xiàn),如圖乙所示;如果某處凸起來,則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn),如圖丙所示。(注:“提前”與“延后”不是指在時間上,而是指由左向右的位置順序上)(2)增透膜在光學(xué)元件(透鏡、棱鏡)的表面涂上一層薄膜(如氟化鎂),當(dāng)薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的時,在薄膜的兩個面上的反射光的光程差恰好

10、等于半波長,因而相互抵消,達(dá)到減弱反射光、增大透射光強度的目的。142-1用如圖所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖(a)是點燃的酒精燈(在燈芯上灑些鹽),圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈。將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn),觀察到的現(xiàn)象是()A.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30B.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90C.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30D.干涉條紋保持原來狀態(tài)不變D答案答案 D金屬絲圈的轉(zhuǎn)動,改變不了肥皂液薄膜的上薄下厚的形狀,由干涉原理可知干涉條紋與金屬絲圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動無關(guān),仍然是水平的干涉條紋,A、B、C錯誤,D正確。2

11、-2(多選)把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上,一端用薄片墊起,構(gòu)成空氣劈尖,讓單色光從上方射入,如圖所示,這時可以看到亮暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說法中正確的是()A.干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣劈尖膜的上下兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果B.干涉條紋中的暗條紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C.將上玻璃板平行上移,條紋向著劈尖移動D.觀察薄膜干涉條紋時,應(yīng)在入射光的另一側(cè)AC答案答案 AC根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理,題述現(xiàn)象是由空氣劈尖膜上下表面反射的兩列光疊加而成的,當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時,振動加強,形成亮條紋,當(dāng)波峰與波谷相遇疊加時,振動減弱,形成暗條紋,所以A

12、項對,B項錯;因相干光是反射光,故觀察薄膜干涉時,應(yīng)在入射光的一側(cè),故D項錯誤;條紋的位置與空氣膜的厚度是對應(yīng)的,當(dāng)上玻璃板平行上移時,同一厚度的空氣膜向劈尖移動,故條紋向著劈尖移動,故C項正確?？键c三光的衍射和偏振考點三光的衍射和偏振1.單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射與雙縫干涉的比較種類項目單縫衍射雙縫干涉不同點條紋寬度條紋寬度不等,中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度中央條紋最亮,兩邊較暗清晰條紋,亮度基本相等相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象,均是由波的疊加形成的;干涉、衍射都有明暗相間的條紋2.光的偏振光的偏振除了從光源直接發(fā)出的光外,日常生活中遇到的光大

13、都是偏振光。3-1如圖所示,a、b、c、d四個圖樣是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣。分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是()A.a、b是光的干涉圖樣B.c、d是光的干涉圖樣C.形成a圖樣中光的波長比形成b圖樣光的波長短D.c、d中央條紋為暗紋A答案答案A單色光的干涉條紋等間距,衍射條紋間距不等,A正確,B錯誤;波長越大,干涉條紋間距越大,C錯誤;衍射圖樣中央為亮條紋,D錯誤。3-2如圖所示,白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q,A點位于P、Q之間,B點位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P,A、B兩點光的強度變化情況是()。A.A、B均不變B.A、B均有變化C.A不變,B有變化D.A有變化,B不變C答案答案 C白熾燈光經(jīng)過偏振片P后成為偏振光,旋轉(zhuǎn)P時P、Q間偏振光的振動方向改變,但光的強度不變,B、D錯誤。由于偏轉(zhuǎn)片Q的透振方向不變,故旋轉(zhuǎn)P時Q右側(cè)的偏振光強度發(fā)生周期性變化,故A錯誤,C正確。