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1、1第第 5656 课时课时 光的波动性光的波动性 电电磁波磁波 相对论相对论考点 1 光的干涉和衍射一、光的双缝干涉1产生条件两列光的频率和振动方向均相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。2杨氏双缝干涉(1)原理图：如图所示。(2)产生明、暗条纹的条件当光的路程差 rr2r1k(k0,1,2，)，光屏上出现亮条纹。当光的路程差 rr2r1(2k1)(k0,1,2，)，光屏上出现暗条纹。 22(3)干涉图样单色光：中央为亮条纹，两边为明暗相间的等距条纹。白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色。(4)条纹间距公式：x。10l d二、薄膜干涉1薄膜干涉现象如图所示，竖直的肥皂薄膜，
2、由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。112薄膜干涉原理分析(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。(2)图样特点：单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色1213条纹。同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等。3薄膜干涉的应用干涉法检查平面的平整程度如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。三、光的衍射1产生明显衍射的条件3只有当障碍物的尺寸与光的波长差不多，衍射现象才会明显。2衍射条纹特点单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条
3、纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度渐1415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。重点记住单缝衍射、圆孔衍射和泊松亮斑。四、光的干涉和衍射的比较1干涉与衍射的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距不同点亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，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(1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同。16(2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等
4、方面加以区分。2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。例 1 (1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的_相同。如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在_(填“A” “B”或“C”)点会出现暗条纹。(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长5.89107 m，双缝间的距离d1 mm，双缝到屏
5、的距离l2 m。求第 1 条亮条纹到第 11 条亮条纹的中心间距。解析 (1)要产生稳定的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光4屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗条纹。(2)相邻亮条纹的中心间距 x，l d由题意知，其间的亮条纹的数目n10，则第 1 条亮条纹到第 11 条亮条纹的中心间距Lnxnl d代入数据得L1.178102 m。答案 (1)频率 C (2)1.178102 m分析双缝干涉现象中明暗条纹问题的技巧(1)在运用公式 x进行计算时，要明确各个物理量的意义：x表示的是相邻的l d明条纹(或暗条纹)的间距；l表示的是双缝到光屏的距离；d是双缝间距；是光在真空(或空
6、气)中的波长。(2)根据形成明条纹的判断式 rk(k0,1,2，)或形成暗条纹的判断式r(2k1)(k0,1,2，)，判断出k的取值，从而判断出条纹数。 21(多选)在五彩缤纷的大自然中，我们常常会见到一些彩色光的现象，下列现象中属于光的干涉的是( )A洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象B小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象C雨后天晴马路上油膜在阳光照耀下出现的彩色现象D用游标卡尺两测量爪的狭缝观察日光灯的灯光出现的彩色现象E实验室用双缝实验得到的彩色条纹答案 BCE解析 A 属于光的色散现象；B、C 属于光的薄膜干涉现象；D 属于光的单缝衍射现象；E 属于光的双缝干涉现象。2
7、一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( )A各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同B各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同C各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同D上述说法都不正确答案 A解析 白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹，A 正确。3把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从正上方垂直射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关阐释合理的是( )5A远离中心点
8、处亮环的分布较疏B用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环C是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的D与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的答案 D解析 远离中心点处亮环的分布较密，A 错误；用白光照射时，仍能出现干涉形成的圆环，B 错误；是透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，C 错误；当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，与同一亮环相对应的各处空气薄膜的厚度是相同的，D 正确。考点 2 偏振1偏振：光波只沿某个特定的方向振动。2自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。3偏振光
9、：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振现象说明光是一种横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。4偏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波，但不能确定光波是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光波是横波。(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。1光的偏振现象说明光是横波，下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )A一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光强度发生变化B立体电影是利用了光的偏振现象C日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片可以使景象更清晰D光学镜头上的增透膜答案 D解析 一束自然光相
10、继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，当看到透射光的强度发生变化时，则说明光的振动方向与传播方向相垂直。能反映光的偏振特性，A 不符合题意；立体电影是利用了光的偏振现象，能反映光的偏振特性，B 不符合题意；在日落6时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片，由于反射光太强，偏振光强，加偏振片可以将反射的偏振光过滤，使图象清晰，C 不符合题意；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，与光的偏振无关，D 符合题意。2如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片 P 和 Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片 P 或 Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明_。答案 光是
11、一种横波解析 光的偏振现象说明光是一种横波。考点 3 用双缝干涉测量光的波长一、实验目的1观察白光及单色光的双缝干涉图样。2掌握用公式 x测定单色光的波长的方法。l d二、实验原理光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝后产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹。若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮条纹(暗条纹)间的距离用 x表示，由 x可得入射l d光的波长为，实验中d是已知的，测出l、x即可测出光的波长。dx l三、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、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜
12、、手轮等)、学生电源、导线、米尺。四、实验步骤1观察双缝干涉图样(1)将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。7(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。(3)调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距约 510 cm，这时，可观察白光的干涉条纹。(5)在单缝和光源间放上红色滤光片，观察单色光的干涉条纹。2测定单色光的波长(1)在遮光筒有光屏的一端安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。(2)如图甲所示，转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图乙所示
13、，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量的条纹数n，则相邻两亮条纹间距x。|a2a1 n1|(3)将l、d、x代入 x，求出红光的波长。l d(4)多次重复上述步骤，求出波长的平均值。(5)换用绿色滤光片，重复上述实验。五、实验注意事项1放置单缝和双缝时，必须使缝互相平行。2要保证光源、滤光片、单缝、双缝和屏的中心在同一条轴线上。3测量头的中心刻线要对着亮纹的中心。4要多测几个亮纹中心间的距离，再求 x。六、实验误差分析81l的测量误差因双缝到屏的距离较长，l的测量应选用毫米刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小误
14、差。2测条纹间距 x带来的误差(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。(2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。(3)测量多条亮纹间距时读数不准确。例 2 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、A。(2)本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用米尺测量
15、双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。在操作步骤时还应注意单缝、双缝应_且_。(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第 1 条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第 6 条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为_mm，求得相邻亮纹的间距 x_mm。9(4)已知双缝间距d为 2.0104 m，测得双缝到屏的距离l为 0.700 m，由计算式_，求得所测红光波长为_nm。解析 (1)由左至右依次放置白色光源C、滤光片E、单缝D、双缝B、毛玻璃屏A。(2)单缝、双缝应相互平行并跟遮光筒轴线垂直。(3)甲的示数为 2.320 mm，乙的示数为 13.870 mm，则 x mm2.310 13.8702.320 5mm。(4)由 x得l d x2.310103 md l2.0 104 0.7006.60107 m660 nm。答案 (1)E、D、B(2)相互平行 与遮光筒轴线垂直(3)13.8702.310(4) x 660d l(1)利用公式 x求 x时要明确各物理量的意义。|a2a1 n1|(2)了解可见光的波长范围(400760 nm)
