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1、 光的波动性 吕叔湘中学 庞留根 2004年9月 1 光的波动性 1 光的干涉 2 光的衍射 3 光的电磁说和电磁波谱 4 光谱 5 光的偏振 例题选 例1 2 3 4 5 6 7 8 光的波动性高考题选 94年上海 95年 96年上海 97年 03年上海高考8 例8 例9 例10 2 干涉的条件 两列相干光源 双缝干涉 由同一光源发出的光经过两个细缝后形成两列光波 叠加时会产生干涉 当这两列光波到达某点的路程差等于光的波长的整 数倍时 该处的光相加强 出现亮条纹 当这两列光波到达某点的路程差等于光的半波长的 奇数倍时 该处的光相减弱 出现暗条纹 相邻两条干涉条纹的间距 返回 1 光的干涉 3
2、 薄膜干涉 由薄膜前后表面反射的的两 列光波叠加而成 例如肥皂泡及水面上的油膜 呈现的彩色花纹 劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹 增透膜的厚度应该是光在薄膜中波长的1 4 返回 4 光的衍射现象是光离开直线路径而绕到障碍物 后面的现象 产生明显衍射的条件 障碍物或孔的尺寸能和 波长相比或比波长小 3 光的干涉条纹和光的衍射条纹的比较 4 光的干涉和光的衍射说明光是一种波 返回 2 光的衍射 5 a 光的电磁说 光在本质上是一种电磁波 b 电磁波谱 电磁波按波长由大到小的排列为 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 射线 c 电磁波的产生机理 无线电波由振荡电路产生 红外线 可见光 紫外线由原
3、子的外层电子受激后产生 X射线由原子的内层电子受到激发后产生 射线由原子核受到激发后产生 返回 3 光的电磁说和电磁波谱 6 1 发射光谱 发光物体直接产生的光谱叫发射光谱 a 连续光谱 炽热的固体 液体及高压气体的光谱 包含一切波长的光 b 明线光谱 原子光谱 稀薄气体发光产生的光谱 由一些不连续的 亮线组成 也叫原子光谱 如 氢光谱 2 吸收光谱 连续光谱经某物质被部分吸收后产生 的光谱 如太阳光谱 同一原子的明线光谱和吸收光谱一一对应 互补 3 光谱分析 每种原子都有自己的特征谱线 根据不 同的特征谱线来鉴别物质和确定它的化学组成 光谱分析的优点 非常灵敏而且迅速 光谱分析的应用 鉴别物
4、质 发现新元素等 4 光谱 返回 7 双缝干涉现象中 用单色光照射 下列说法中正 确的是 A 波峰与波峰叠加或波谷与波谷叠加 都产生亮条纹 B 波峰与波峰叠加出现亮条纹 波谷与波谷叠加出现 暗条纹 C 在屏上某处离两相干光源路程差是半波长偶数倍时 出现暗条纹 D 在屏上某处离两相干光源路程差是半波长奇数倍时 出现暗条纹 A D 返回 例1 8 2 在空气中紫光的波长为400nm 红光的波长为 700nm 玻璃对紫光的折射率为1 54 对红光的折射率为 1 5 则红光的频率是 赫兹 红光在 玻璃中的传播速度为 光比 光在玻璃中传播快些 解析 v 红 c n 3 108 1 5 2 108 m s
5、 红光比紫光在玻璃中传播快 4 285 1014 2 108m s红 紫 返回 9 3 用单色光照射肥皂薄膜 A 看到的干涉图样是明暗相间的条纹 B 从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发 生干涉 形成干涉图样 C 一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别 反射出来 形成两列波 这两列波频率相同 所以可以产生干涉 D 若改用白光照射则看不到干涉条纹 返回 A C 10 下列现象属于光的干涉的有 A 在水面上的油膜呈现的彩色花纹 B 雨后天空中呈现的彩虹 C 通过卡尺狭缝看远处的日光灯呈现的彩色 花纹 D 肥皂泡上呈现的彩色环纹 返回 A D 例4 11 5 下列对增透膜的叙述中正确的是 A 摄影机镜
6、头涂一层增透膜后 可减少玻璃对光 的吸收 B 增透膜是为了增加光的透射 减少光的反射 C 增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的1 4 D 增透膜的厚度应为入射光在真空中长波的1 4 B C 返回 12 6 对光的技术所依赖的光学原理 下列叙述中 正确是 A 光导纤维应用的是光的全反射现象 B 镜头表面的增透膜应用的是光的衍射现象 C 用空气劈检查平面的质量应用光的干涉现象 D 分光镜利用了光的色散现象 返回 A C D 13 返回 例7 关于光谱 下面说法中正确的是 A 炽热的液体发射连续光谱 B 太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些 暗线的元素 C 明线光谱和吸收光谱都可用于对物质成 分进行
7、分析 D 发射光谱一定是连续光谱 A C 14 用红光做双缝干涉实验 在 屏上观察到干涉条纹 在其它条件不变的情 况下 改用紫光做实验 则干涉条纹间距将 变 如果改用白光做实验 在屏上将 出现 条纹 94年上海 小 彩色 返回 15 95年全国高考 在观察光的衍射现象的实 验中 通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝 观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝 灯 管或灯丝都要平行于狭逢 可以看到 A 黑白相间的直条纹 B 黑白相间的弧形条纹 C 彩色的直条纹 D 彩色的弧形条纹 C 返回 16 10 用单色光做双缝干涉实验 下述说法 中正确的是 A 相邻干涉条纹之间的距离相等 B 中央明条纹宽度是两边明条纹
8、宽度的 2倍 C 屏与双缝之间距离减小 则屏上条纹 间的距离增大 D 在实验装置不变的情况下 红光的条 纹间距小于蓝光的条纹间距 96年上海高考题 返回 A 17 11 在双缝干涉实验中 以白光为光源 在屏 幕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 其它颜 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 其它颜 色的双缝干涉条纹依然存在 C 任何颜色的双缝干涉条纹都不存在 但屏 上仍有光亮 D 屏上无任何光亮 97年全国高考题 C 返回 18 A 变疏 B 变密 C 不变
9、D 消失 两张纸片 图1 俯视图 图2 劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如图1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 图2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 现若在图 1装置中抽去一张纸片 则当光垂直入射到新的劈形 空气薄膜后 从上往下观察到的干涉条纹 03年上海高考8 A 返回 19 例8 把一个具有球面的平凸透镜平放在平行透明 玻璃板上 如图 现用单色光垂直于平面照射 在装置 的上方向下观察
10、 可以看到干涉条纹 那么关于两束干涉 光及干涉条纹的说法正确的是 A 两束干涉光是 a b面反射形成的 B 干涉条纹是中央疏边缘密的同心圆 C 两束干涉光是 b c面反射形成的 D 干涉条纹中是中央密边缘疏的同心圆 b a c d B C 返回 20 例9 把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面 压在另一个玻璃平面上 让单色光从上方射入 这时可以看到亮暗相间的同心圆 这个现象是牛 顿首先发现的 这些同心圆叫做牛顿环 为了使 同一级圆环 例如从中心数起的第二道圆环 的 半径变大 则应 A 将凸透镜的曲率半径变大 B 将凸透镜的曲率半径变小 C 改用波长更长的单色光照射 D 改用波长更短的单色光照射
11、 A C 21 有 一半径为45米的圆形跑道 AB为一直径 现将两个相同的喇叭分别放在圆心O和A点 它们发出 两列波长均为10米的相干声波 若一个人在B点听到的 声音恰好最弱 则该人从B点沿半圆跑到A点之前 还 会遇到几次声音最弱的地方 A 4次 B 6次 C 8次 D 10次 解 两列波干涉减弱的条件是 S 2k 1 2 在圆周上任取一点P 连接PA PO PB S1 S2 PA PO 90cos 45 5 2k 1 2cos 1 2k 1 9 cos k 5 9 k为整数 0 cos 1 0 k 5 9 k可以取8个不同值 C 例10 A O B R P 22 方法二 以1cm表示10m
12、先以O点为圆心 以4 5cm长 为半径画实线半圆弧 再以A点为圆心 分别 以9cm 8cm 1cm为半径画9个虚线圆弧 如图所示 它们与半圆AB共有9个交点 即是 振动最弱点 所以 此人离开B点后 到 达A点前共听到8次 最弱的声音 23 方法三 如图所示 由干涉条件可知 AC OC 2k 1 2 k 0 1 2 把OC 45m 10m 代入 AC 45 2k 1 10 2 AC 5 2k 1 45 10k 50 又因为 0 AC 90 即 0 k 5 9 所以 5 k 4 即k 0 1 2 3 4 因此 除B点外 半圆AB 上还有8处振动最弱的点 24 方法四 如图所示 因为三角形OCA为等
13、腰三角形 过 O点作AC的垂直平分线 AC OC 2k 1 2 k 0 1 2 即2COsin OC 2k 1 2 把CO 45m 10m代入上式有 sin k 5 9 因为0 90 所以0 sin 1 0 k 5 9 1 5 k 4 即 k 0 1 2 3 4 25 在B到A之间 路程差 的变化是45m 0 45m 根据干涉条纹分布的规 律 可求得B A之间 不包括B A 信号最强 与信号最弱应有8 处 方法五 返回 26 双缝干涉 返回 27 薄 膜 干 涉 返回 28 返回 光的干涉条纹和衍射条纹的比较 29 光 的 偏 振 返回 光的偏振说明光是横波 30 氢光谱 0 4101 0 6562 0 48610 4340 m 返回 31 19 激光散斑测速是一种崭新的测速技术 它应 用了光的干涉原理 用二次曝光照相所获得的 散 斑对 相当于双缝干涉实验中的双缝 待测物体的 速度v与二次曝光时间间隔 t 的乘积等于双缝间距 实验中可测得二次曝光时间间隔 t 双缝到屏之 距离l 以及相邻两条亮纹间距 x 若所用激光波长 为 则该实验确定物体运动速度的表达式是 A B C D B 04年天津 32 33
