师说2015高三物理一轮课件x3-4.2.2光的波动性

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1、第 2讲 光的波动性 基础梳理 一、光的干涉与衍射 1 光的干涉 ( 1 ) 干涉是 波 特有的一种现象，光具有波的特性，也是一种 波 ( 2 ) 干涉条件：频率相同，振动情况相同，相位差恒定 ( 3 ) 双缝干涉 双缝作用：将一束光分为两束，获得相干光源 现象：单色光干涉时观察到 明暗 相间的条纹，白光双缝干涉的现象为中央为白色条纹，两边是彩色的条纹 亮暗条纹的判断： a 光的路程差 k 0 , 1 , 2 ) 光屏上出现亮条纹 b 光的路程差 (2 k 1)2， ( k 0 , 1 , 2 ) 光屏上出现暗条纹 条纹间距公式： x ( 4 ) 薄膜干涉 现象：当光线照射到薄膜上时，可以看到

2、薄膜上出现明暗相间的水平条纹，当入射光是白光时，得到 彩 色条纹；当入射光为单色光时，得到单色条纹 成因：如图 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，在膜的前表面和后表面分别反射出，形成两列频率相同的光波，并且叠加 应用：检查工件表面是否平整、透镜表面上的增透膜 2 光的衍射 发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多 二、光的偏振 1 自然光与偏振光的区别 ( 1 ) 自然光：在垂直于传播方向上沿一个方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同 ( 2 ) 偏振光：在垂直于光波传播方向 的平面上，只沿某个特定方向振动的光 2 偏

3、振光的理论意义及应用 ( 1 ) 理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是一种波，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 ) 应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等 三、实验、用双缝干涉测光的波长 1 实验原理：双缝干涉中两个相邻亮 ( 暗 ) 条纹间的距离 、双缝间距离 d 及双缝到屏的距离 l 满足 x 因此，只要测出 x 、 d 和 l ，即可求出波长 . 2 实验器材：双缝干涉仪 ( 包括光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮 光筒、毛玻璃屏、测量头 ) ，刻度尺 3 实验步骤 ( 1 ) 安装双缝干涉仪 先将光源 ( 线状光源 ) 、遮光筒依次放于光具座

4、上，如图( 甲 ) 所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮 将单缝和双缝安装在光具座上，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如图 ( 乙 ) 所示 a 光源、单缝、双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上 b 双缝与单缝平行 c 调整分划板位置使分划板中心刻线位于光屏中央 ( 2 ) 观察双缝干涉图样 调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在 5 c m 1 0 c m ，使缝相互平行，中点大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮在屏上就会看到白光的双缝干涉图样 将红色 ( 或绿色 )

5、滤光片放在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉图样 改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化 ( 3 ) 测定单色光的波长 安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹 使分划板中心刻线对齐某条亮条 纹的中央，记下手轮上的读数 该条纹记为第 1 条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数该条纹记为第 n 条亮条纹，则相邻两条亮条纹间距 x 1. 用刻度尺测量双缝到光屏间距离 l ( d 是已知的 ) 重复测量、计算，求出波长的平均值 换用不同颜色的滤光片，重复实验 4 误差分析 ( 1 ) 测量多条亮条纹间距离时读数不准确或没有使分划板中心刻线与亮条

6、纹中央对齐 ( 2 ) 用 刻度尺测量双缝到光屏间距离 l 时产生误差 5 注意事项 ( 1 ) 光源灯丝最好是线状灯丝，并与单缝平行且靠近 ( 2 ) 安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝相互平行 ( 3 ) 测条纹间距 x 时，用测量头测出 n 条亮 ( 暗 ) 纹间的距离 a ，求出相邻的两条亮 ( 暗 ) 纹间的距离 x 1. 知识整合 考点一 光的干涉现象 1. 光的干涉现象发生的条件 两束光波的： 频率相等； 相位差恒定； 振动方向一致 2 屏上出现明、暗条纹的条件 ( 1 ) 出现明条纹的条件是屏上某点 P 到两个相干光源 | 2

7、k 2( k 0 , 1 , 2 , 3 ) 当 k 0 时，即 时 P 点处的明条纹叫做中央亮条纹 ( 2 ) 出现暗条纹的条件是屏上某点 P 到两个相干光源 半波长的奇数倍，即 | (2 k 1)2( k 0 , 1 , 2 , 3 ) 3 相邻明 ( 暗 ) 条纹的间距 相邻两个明 ( 暗 ) 条纹的间距 x 其中 x 为相邻明 ( 暗 )条纹间距， d 是双缝间距， l 是双缝与光屏间距， 是光的波长 例 1. 2 0 1 3 上海卷 白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的 ( ) A 传播速度不同 B 强度不同 C 振动 方向不同 D 频率不同 解析 不同色光频率不

8、同，波长不同，产生的干涉图样中相邻条纹间的距离不同，从而出现彩色条纹， D 项正确 答案 D 考点二 光的衍射现象 1. 对光的衍射现象的理解 ( 1 ) 产生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比光的波长小或相差不多 ( 2 ) 衍射是波特有的现象，光在任何条件下都能产生衍射现象，但只有满足上述条件时才能产生明显的衍射现象 (3 ) 多数情况下，光照到较大的障碍物或孔上时是按沿直线传播的规律传播的，在它们的后面留下阴影或光斑，如果障碍物、缝或小孔都小到与照射光的波长差不多 ( 或更小 ) ，光就表现出明显的衍射现象，在它们的后面形成泊松亮斑、明暗相间的条纹或圆环 2 圆孔衍射与圆盘衍射图样

9、的比较 ( 1 ) 它们都是明暗相间的同心圆环条纹，中心均有亮斑 ( 2 ) 圆孔衍射图样中心亮斑较大，而圆盘衍射图样中心亮斑较小 ( 3 ) 圆孔衍射图样中亮环或暗环的间距随圆孔半径的增大而增大，圆盘衍射图样中央亮环或暗环的间距随圆盘半径的增大而减小 ( 4 ) 圆孔衍射 图样的背景是黑暗的，而圆盘衍射图样的背景是明亮的 3. 单缝衍射与双缝干涉的比较 种类项目 单缝衍射 双缝干涉 产生 条件 只要狭缝足够小，任何光都能发生 频率相同的两列光波相遇叠加 条纹 宽度 条纹宽度不相等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹 间距 各相邻条纹间距不相等 各相邻条纹等间距 不同点 亮度 中央条纹最亮，两边逐渐

10、变暗 清晰条纹，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 例 2. 如图所示的 4 种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光通过一个双缝干涉仪形成的干涉图样和黄光、紫光通过同一个单缝形成的衍射图样 ( 黑色部分代表亮纹 ) ，那么 1 、 2 、 3 、 4四个图中亮条纹的颜色依次是 ( ) A 红黄蓝紫 B 红紫蓝黄 C 蓝紫红黄 D 蓝黄红紫 解析 由于双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此 1 、 3为双缝干涉条纹， 2 、 4 为单缝衍射条纹又双缝干涉条纹的间距 x在 l、 d 都

11、不变的情况下，干涉条纹间距 x 与波长 成正比，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距比蓝光干涉条纹间距大，即 1 、 3 分别对应红光和蓝光而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，则黄光的中央条纹较宽较亮，故 2 、 4 分别对应紫光和黄光综上所述， 1 、 2 、 3 、 4 四个图中亮条纹的颜色依次是红、紫、蓝、黄，选项 B 正确 答案 B 考点三 光的偏振现象 1. 对光的偏振现象的理解 ( 1 ) 只有横波才有偏振现象，光的偏振现象证明了光是横波 ( 2 ) 除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 (

12、 3 ) 自然光通过两个透振方向相互垂直的偏振片后光强为零 2 自然光与偏振光的比较 自然光 ( 非偏振光 ) 偏振光 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光 光的振 动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光的强 度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向( 与偏振片的透振方向一致 ) 3. 由自然光获得偏振光的方法 ( 1 ) 让自然光通过偏振片 ( 2 ) 让自然光在介质表面以适当角度入射，反射光和折射光相互垂直时，则反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直 例 3. 如图所示，电灯 S 发出的光先后经过偏振片 A 和

13、 B ，人眼在 P 处迎着入射光方向，看不到光亮，则 ( ) A 图中 a 光为 偏振光 B 图中 b 光为偏振光 C 以 轴将 B 转过 1 8 0 后，在 P 处将看到光亮 D 以 轴将 B 转过 9 0 后，在 P 处将看到光亮 解析 自然光沿各个方向发散，且是均匀分布的通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的偏振光从电灯直接发出的光为自然光，选项 A 错误；它通过 A 偏振片后变为偏振光，选项 B 正确；若 A 、 B 偏振片的透振方向相互垂直，则自然光通过这两个偏振片后光强为零，则 P 点无光亮，将 8 0 后， P 处仍无光亮，选项 C 错误；若将 B 转过 9 0 ，其透振

14、方向与 A 平行，则偏振光能通过 B ，即在 P 处有光亮，选项 D 正确 答案 考点四 实验：用双缝干涉测光的波长 例 4. 如图所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图 ( 1 ) 图中 是光源， 是光屏，它们之间的 、 、 依次是 _ _ _ _ _ _ _ _ 、 _ _ _ _ _ _ _ _ 、 _ _ _ _ _ _ _ _ . ( 2 ) 以 下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离 ( ) A 增大 和 之间的距离 B 增大 和 之间的距离 C 将红色滤光片改为绿色滤光片 D 增大双缝之间的距离 ( 3 ) 在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是 6 0 0 双缝之间的距离是 0 . 2 0 单缝到双缝之间的距离是1 0 0 某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中