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1、,光学 相对论简介,光的干涉、衍射和偏振现象,第十二章,1.光的干涉现象 (1)光的干涉现象：在两列相干光波相遇的空间，可以看到明暗相间(单色光)或者是彩色的条纹(白光)，这就是光的干涉现象，产生的条纹叫干涉图样. (2)光的干涉条件：两列 .相同的光波(相干光源)互相叠加.,频率及振动情况,2.双缝干涉 如图12-2-1所示，平行光通过单缝屏后，又照射到双缝屏上，这样，一束光就被分成两束 和 完全一致的相干光，这两束光相遇后，在像屏上形成相互平行的条纹.当入射光为白光时得到 条纹，当入射光为单色光时，在像屏上得到 条纹.,频率,振动情况,彩色,明暗相间的,图12-2-1,(1)双缝干涉图样特
2、点：单色光干涉图样的中央为明条纹，往两边是明暗相间且 相等的条纹，白光干涉图样的中央明纹为 ，在两侧依次出现彩色条纹. (2)明、暗条纹的位置 当|S1P-S2P|=k(k=0,1,2,3,)时，在P处出现 条纹. 当|S1P-S2P|=(2k+1) (k=0,1,2,3,)时，在P处出现 条纹.,间距,白色,明,暗,(3)条纹间距与波长的关系屏上相邻亮条纹或相邻暗条纹之间的距离总是相等的.其距离大小x与双缝之间距离d、双缝到屏的距 离L及光的波长有关，即：x= . 在L和d不变的情况下，x和波长成正比，应用上式可测光波的波长. 用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距x红最 ，紫光的干涉
3、条纹间距x紫最 ，则可知：红 紫，红光的频率红 紫光的频率紫.,大,小,大于,小于,3.薄膜干涉 定义：光照射在薄膜上，从膜的 .和 反射回来的光再次相遇，而产生的干涉现象. (1)薄膜干涉的产生如图12-2-2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AA和后表面BB分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加产生干涉现象.,前表面,后表面,图12-2-2,说明： 若单色光照在上述薄膜上，将形成明暗相间的条纹. 若白光照在上述薄膜上，将形成彩色条纹. 水面上的油膜、肥皂泡等在白光的照射下，出现灿烂的彩色，都是薄膜干涉现象.,(2)薄膜干涉的应用
4、 检查精密零件的表面平整程度 *增透膜：在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的 时，光垂直入射时在薄膜的两个面上的反射光，光程差恰好等于半个波长，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的作用.,4.光的衍射现象 (1)光的衍射：光在遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射. (2)光发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长 ，或者跟波长时 ，光才能发生明显的衍射现象.,小,差不多,(3)常见的光的衍射现象 光通过狭缝的衍射现象：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为 .中央条纹较 较 ，往两边条
5、纹渐 渐 .白光通过狭缝时，在屏上出现 条纹.中央为 条纹.,明纹,宽,亮,窄,暗,彩色,白,光通过小孔的衍射现象：光通过小孔时(孔很小)在屏上会出现 的圆环，中间亮斑很亮. 光照到小圆板上的衍射现象：当光照到不透明的小圆板上，在屏上圆板的阴影中心，出现亮斑 亮斑.这是光能发生衍射现象的有力证据之一.,明暗相间,泊松,5.光的电磁说 (1)麦克斯韦在研究电磁场理论时预言了电磁波的存在，并且从理论上得出了电磁波的传播速度跟实际测得的光速相同，在此基础上，麦克斯韦提出了光的电磁说：光是一种 .,电磁波,(2) 用实验证实了电磁波的存在，测得电磁波的传播速度确实等于 ，并且证明了电磁波也能产生反射、
6、折射、干涉、衍射等现象，这就从实验上证实了光是一种 . (3)光的电磁说的重要意义是确定了光的电磁本质. 6.光的偏振 (1)只有 波才能发生偏振现象，光的偏振现象表明光是一种 波.,赫兹,光速,电磁波,横,横,(2)自然光与偏振光 自然光：在任意一个垂直于光传播方向振动的光波的强度都相同. 偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，只沿某一个特定方向振动的光.除了直接从光源发出的光外，日常生活中遇到的光大都是偏振光. (3)光的偏振的应用：立体电影、照相机镜头、消除车灯眩光等.,光的干涉现象的分析与计算 在双缝干涉实验中,光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差s1=0.75m，光屏上Q点到双缝S1、
7、S2的距离之差s2=1.5m.若用频率=6.01014Hz的黄光照射双缝，则( ) A.P点出现亮纹，Q点出现暗纹 B.P点出现暗纹，Q点出现亮纹 C.两点均出现亮纹 D.两点均出现暗纹,由光的频率=6.01014Hz，知光的波长=c/=510-7m P点到双缝S1、S2的距离之差s1=0.75m=7.510-7m=1.5 Q点到双缝S1、S2的距离之差s2=1.5m=1510-7m=3，因此，P点出现暗纹，Q点出现亮纹，本题的正确答案是选项B. 在两相干波相遇的区域中，判断各点的明暗情况是通过该点到两缝的路程差的大小与波长的关系进行判断的.,变式训练1：如图12-2-4所示是研究光的双缝干涉
8、的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹，已知入射激光的波长为，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数，与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，则P1处的亮纹恰好是10号亮纹.设直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，,则r2-r1等于( ) A.9.5 B.10 C.10.5 D.20,图12-2-4,解析：由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号亮条纹的位置，表明S1、S2缝到P1处的距离差r2-r1为波长的整数倍，且刚好是10个波长，所以，选项B正确,光的衍
9、射现象的应用 抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图12-2-5所示，观察激光束经过细丝时在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化( ),A.这是光的干涉现象 B.这是光的折射现象 C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细,图12-2-5,这是光的衍射现象产生的，在屏上产生的条纹的宽度与抽制的丝的粗细有关，由衍射现象的特点可知，抽制的丝越细，则屏上条纹越宽，本题的正确答案是选项D. 这种细丝的衍射现象与单狭缝的衍射相似，可以借鉴其结论进行解释.,变式训练2：在用单色平行光照射单缝，观察衍射现象时，下面说法正确的是( ) A.缝越长，衍射现象越明显
10、B.缝越宽，衍射现象越明显 C.照射光的波长越短，衍射现象越明显 D.照射光的波长越长，衍射现象越明显,解析：根据衍射的特征可以判断，本题的正确答案是D.,D,光的偏振现象的应用 关于光的偏振，下列说法中不正确的是( ) A.自然光通过偏振片后就变成了偏振光 B.立体电影就利用了光的偏振现象 C.在拍摄日落时水面、池中的鱼等景象时，可在镜头前装一偏振滤光片，使图像清晰 D.一列光在界面上发生反射与折射，反射光与折射光都是偏振的，且偏振方向都相同,自然光通过偏振片后就变成了偏振光，这是偏振光产生的一个方法，答案A正确；立体电影是两偏振光同时放出，属于光的偏振现象，答案B正确；在拍摄日落时水面、池
11、中的鱼等景象时，可在镜头前装一偏振滤光片，这样做可以减少反射光的干扰，使图像清晰，答案C正确；D选项中反射与折射光都是偏振的，但偏振方向不同.选D.,变式训练3：两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过如果将其中的一片旋转180，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象( ) A透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零 B透过偏振片的光强先增强，然后减少到非零的最小值 C透过偏振片的光强在整个过程中都增强 D透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强,解析：起偏器和检偏器的透振方向垂直时，没有光通过；透振方向平行时，光强度达到最大当其中一个偏振片转动180的过程中，两偏振片的透振
12、方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，又减小到零，选项A正确,几何光学与物理光学的综合应用 光束1和光束2通过三棱镜的传播路径如图12-2-6所示.针对光束1和光束2，,图12-2-6,以下说法正确的是( ) A.两束光束在棱镜中的传播时间相等 B.两束光束以相同的入射角从水中斜射入空气中时，如果光束1发生全反射，那么光束2也一定发生全反射 C.两束光在大气中传播遇到浮尘等小颗粒时，光束2的衍射比光束1明显 D.通过同一实验装置观察两束光的双缝干涉条纹，光束1的条纹间距比光束2的小,由图可知，1、2光束进入三棱镜后，光束2的偏折程度更大，所以光束2的折射率大，频率大，波长小，在介质中的
13、速度小，所以传播相同的距离用的时间更长，A错；由 可知，折射率大的光束2的临界角小，所以当光束1发生全反射时，光束2也一定发生了全反射，B对；发生明显衍射的条件是波长比障碍物的尺寸大或相当，所以波长大的光束1更容易发生明显衍射，C错；双缝干涉实验中，波长越长，条纹间距越大，D错，故选B.,由于几何光学中的折射、全反射与折射率有关，而物理光学中的干涉、衍射现象也与折射率、频率、波长有关，所以这两部分知识常结合在一起出题，折射率是联系这两部分的桥梁.一般根据题目先分析出折射率的大小关系，折射率大的光，频率大，临界角小，在介质中的速度小，波长小，干涉、衍射条纹窄.将这些知识点记忆清楚，就能快速、准确的答题.,
