选修3-4.2.2光的波动性讲义

《选修3-4.2.2光的波动性讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《选修3-4.2.2光的波动性讲义（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第2讲 光的波动性,考点1 光的干涉,1.产生条件：(1)两列光的_相同，振动方向相同，且具有 恒定的_，才能产生稳定的干涉图样. (2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源， _和薄膜干涉都是用此方法获得相干光源.,频率,相位差,双缝干涉,2.两种典型的干涉 (1)杨氏双缝干涉 原理如图所示. 明、暗条纹的条件 单色光：形成_的条纹，中央为明条纹. a.光的路程差r2-r1= _(k=0，1,2),光屏上出现明条纹.,明暗相间,k,b.光的路程差r2-r1=_(k=0,1,2),光屏上出现暗条纹. 白光：光屏上出现_条纹，且中央亮条纹是_(填写 颜色). 条纹间距公式：x=_. (2

2、)薄膜干涉 相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个_反射的 两列光波. 图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的_ 相等. 应用：_，利用光的干涉检查平整度.,表面,厚度,增透膜,彩色,白色,1.用白光做双缝干涉实验时,中央出现白色条纹,两侧出现彩色条纹的原因 (1)从双缝射入的两列光波中,各种色光都能形成明暗相间的条纹,各种色光都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹. (2)两侧各色光的条纹间距与波长成正比,即红光的亮纹间宽度最大,紫光亮纹间宽度最小,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成了彩色条纹.,2.薄膜干涉的成因 (1)薄膜特点：如图所示，由于重力作用，

3、肥皂膜上薄下厚 (2)相干光线：薄膜前表面AA和后表面BB的反射光线叠加 (3)亮纹条件：在P1、P2处，薄膜厚度的2倍为前后表面反射光的光程差，当光程差等于波长整数倍时形成亮条纹 (4)暗纹条件：在Q处，光程差等于半波长的奇数倍，形成暗条纹,考点2 光的衍射 1.光的衍射：光绕过_偏离直线传播的现象 2.发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长 _，甚至比光的波长_的时候，衍射现象才会明显 3.衍射条纹的特点 (1)单缝衍射：单色光的衍射图样为中间_的单色条纹， 两侧是_的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射 图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹.,障碍物,相差不多,

4、还小,宽且亮,明暗相间,(2)圆孔衍射：明暗相间的_圆环. (3)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到 _(选填“透明”或 “不透明”)的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现 _(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环).,不透明,亮斑,不等距,1.对光的衍射的理解 (1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显.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，光才可以看做是沿直线传播.,2.单缝衍射与双缝干涉的比较,两种现象,比较项目,单缝衍射,双缝干涉,不 同 点,条纹宽度,条纹间距,亮

5、度情况,相 同 点,条纹宽度不等，中央 最宽,条纹宽度相等,各相邻条纹间距不等,各相邻条纹等间距,中央条纹最亮，两边 变暗,条纹清晰，亮度基本 相等,干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射 都有明暗相间的条纹,3.干涉与衍射的本质 光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理.在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹.,考点3 光的偏振 1.偏振：光波只沿_的方向的振动 2.自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传 播方向上沿_振动的光，而且沿各个方向振动的光波的 _都相同，这种光

6、叫做自然光 3.偏振光：在_于传播方向的平面上，只沿某个特定方向 振动的光.光的偏振证明光是_.自然光通过偏振片后， 就得到了偏振光 4.偏振光的应用:应用于照相机镜头、_、消除车灯眩光等,某一特定,一切方向,强度,垂直,横波,立体电影,1.偏振光的产生 (1)除了直接从光源发出的光外，日常生活中遇到的光大都是不同程度的偏振光. (2)偏振光的产生方式. 通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器. 自然光射到两种介质的界面上，如水面、玻璃等表面，形成的反射光和折射光均为偏振光.,(3)偏振光的理论意义.

7、光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波，光的偏振现象说明光波是横波. 2.对偏振片的理解 偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个透振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了.,3.自然光和偏振光的比较,双缝干涉中明暗条纹的分析 【例证1】(14分)如图所示，在双缝干涉实 验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点， 已知P点与S1、S2的距离之差为2.110-6 m， 分别用A、B两种单色光在空气中做双 缝干涉实验. (1)已知A光在空气中的波长为610-7 m，问P点是亮条纹还是暗条纹？,(2)已知B光在某种介质中波长为3.1510-7

8、m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37，问P点是亮条纹还是暗条纹？ (3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象. (4)设光屏上O为到S1和S2路程相等的点，则B光在PO间有几条暗纹？ 【解题指南】解答本题应把握以下四点： (1)计算B光在空气中的波长. (2)由出现明暗条纹的条件判断条纹的亮暗. (3)由双缝干涉条件判断光屏上出现的现象. (4)由亮条纹公式判断暗条纹数.,【规范解答】(1)路程差x=2.110-6 m，A=610-7 m，路程差x与A光波长的倍数关系为 (3分) 所以P点为暗条纹 (1分) (2)根据临界角与折射率的关系 sinC= 得n= (1

9、分) 由此可知，B光在空气中的波长B为： B=n介=5.2510-7 m， (1分) 路程差x与波长B的倍数关系为,(3分) 可见，用B光作光源，P点为亮条纹 (1分) (3)若让A光和B光分别照射S1和S2，通过S1、S2的光不满足相干条件，故不能发生干涉，此时光屏上只能观察到亮光.(2分) (4)由于NB=4，故B光在PO间有4条暗纹.(2分) 答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见规范解答 (4)4条,【总结提升】分析双缝干涉中明暗条纹问题的技巧 1.一般解题步骤 (1)由题设情况依真=n介,求得光在真空(或空气)中的波长. (2)由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是

10、 暗条纹. (3)根据明条纹的判断式r=k(k=0，1，2)或暗条纹的判断 式r=(2k+1) (k=0，1，2),判断出k的取值，从而判断条纹 数.,2.应注意的问题 (1)真=n介可以根据c=真f、v=介f、n= 三个式子推导得到. (2)两列光发生干涉的条件是两列光的频率相同，振动方向相同，相位差恒定. (3)相干光的获得方法：将一束光分成两束而获得，此法称为分光法.利用激光.,薄膜干涉问题 【例证2】(1)劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示.将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如

11、图乙所示，干涉条纹有如下特点：任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.求： 若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将如何变化？,如果照射光的频率增大，则从上往下观察到的干涉条纹将如何变化？,(2)(多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板来检查平面N的上表面的平滑情况，观察到现象如图乙所示的条纹中的P和Q的情况，这说明( ),A.N的上表面A处向上凸起 B.N的上表面B处向上凸起 C.N的上表面A处向下凹陷 D.N的上表面B处向下凹陷 【解题指南】求解此题应注意以下三点： (1)求两列光波到

12、达某点的光程差r. (2)出现明暗条纹的条件与几何关系相结合. (3)利用明暗条纹产生的原理分析被检面的凸凹情况.,【自主解答】(1)光线在空气膜的上、 下表面发生反射，并发生干涉，从而形 成干涉条纹.设空气膜顶角为，d1、d2 处为两相邻明条纹，如图所示，则两处光的路程差分别为 x1=2d1，x2=2d2. 因为x2-x1=，所以d2-d1= . 设条纹间距为l，则由几何关系得 =tan， 即l= . 当抽去一张纸片减小时，l增大，即条纹变疏.,如果照射光的频率增大，则照射光的波长变短，由条纹间距 与波长的关系l= 知减小，l减小，即条纹变密. (2)选B、C.利用光的薄膜干涉来检查平面的质

13、量，就是由标准 样板平面和被检查平面间形成一个楔形的空气薄层，用单色光 从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反射形成两列相干 光束，如果被检测的平面是平的，那么空气层的厚度相同的各 点的干涉条纹在一条直线上，若是被测平面的某处凹下去了， 这时干涉条纹就不是直线，在凹处的干涉条纹将向楔形膜中薄 的一侧弯曲.这是因为凹处的两束反射光的光程差变大，它只能 与膜厚一些位置的两反射光的光程差相同而形成同一级的条纹,(光程差相同的干涉条纹为同一级，一般光程差大的干涉条纹级别高，光程差小级别低)，显然凹处的级别增大，将与膜厚一些位置的干涉条纹形成同一级别的条纹.同理，若是被测平面某处凸起，则该处的干涉条纹

14、将向楔形膜中厚的一侧弯曲. 答案：(1)变疏 变密 (2)B、C,【总结提升】三法巧解“被测平面的凹凸”问题 (1)理论分析法. 首先对照薄膜干涉装置甲弄清楚干涉条纹乙 所对应的空气膜厚度的变化，从左至右，厚 度增加.然后找到条纹弯曲处，看出现的条 纹前移还是后移从而确定是凹陷还是凸起， 如C处若不凹或凸时应和AB出现在同一级条 纹上，现在出现在AB的后一级条纹上，表 示C点凹下，同样办法可判定E点应是凸起.,(2)结论法. 若干涉条纹向劈尖干涉的尖端(即空气膜厚度小的那一端)弯曲，则表示弯曲处凹陷，若干涉条纹向劈尖干涉的尾端(即空气膜厚度大的那一端)弯曲，则表示弯曲处凸起. (3)形象法.

15、被测平面凹下(或凸起)的形象判断法矮人行走法，即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹.让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走，始终保持脚踏被检板，头顶样板，在行走过程中：,若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为一凹下. 若某处有一凸起，他要想过去，必向薄膜的底部去绕，即条纹某处弯向薄膜底部方向时，该处必为一凸起.,1.(2012盐城模拟)在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介.光盘上的信息通常是通过激光束来读取的，若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进方向，如图所示.下列相关说法正确的是( ),A.图中光是红光，光是蓝光 B.在光盘的透明介质层中，光比光传播更快 C.若光、光先后通过同一双缝干涉装置，前者得到的条纹比后者的宽 D.若光、光先后通过同一单缝衍射装置，前者得到的中央亮纹比后者的中央亮纹窄,【解析】选D.同种介质对蓝光的折射率比对红光的折射率大， 故以相同入射角入射时，折射角较小的是蓝光，折射角较大 的是红光，A项错；根据折射率n= 可知，光速度较大，B 项错；通过同一干涉装置，红光的波长大于蓝