步步高2015高三物理（新课标）一轮讲义 12.4光的干涉、衍射和偏振

步步高2015高三物理（新课标）一轮讲义 12.4光的干涉、衍射和偏振内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 光的干涉、衍射和偏振考纲解读 解偏振在日常生活中的应用1光的干涉现象的理解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2光的衍射现象的理解对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正 2、确的是()A只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射现象B光的衍射现象是光波相互叠加的结果C光的衍射现象否定了光的直线传播的结论D光的衍射现象说明了光具有波动性答案的干涉和衍射现象说明了光具有波动性，而小孔成像说明了光沿直线传播，而要出现小孔成像现象，孔不能太小，可见，光的直线传播规律只是近似的，只有在光波波长比障碍物小得多的情况下，光才可以看作是沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播并不矛盾，它们是在不同条件下出现的两种光现象，单缝衍射实验中单缝光源可以看成是无限多个光源排列而成，因此光的衍射现象也是光波相互叠加的结果3光的偏振现象的理解如图 3、 1 所示，偏振片 P 的透振方向(用带有箭头的实线表示) 为竖光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 下列四种入射光束中，能在 P 的另一侧观察到透射光的是()图 1A太阳光B沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光D沿与竖直方向成 45角方向振动的光答案振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在 P 的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成 4、45角方向振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光1光的干涉(1)定义：两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域振动加强，某些区域振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象(2)相干条件只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波2双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为 x 膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜 )前后两面反射的光相遇而形成的干涉图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同 5、4光的衍射(1)定义光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (2)发生明显衍射的条件只有当障碍物的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显(3)衍射图样单缝衍射a单色光：明暗相间的不等距条纹，中央亮条纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性b白光：中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑5光的偏振(1)偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光 6、的偏振(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：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振光光的偏振证明光是横波自然光通过偏振片后，的双缝干涉现象的理解1光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同2双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即x 白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白色条纹，两侧为彩色条纹例 1如图 2 所示，在双缝干涉实验中，S 1 和 双缝，P 是光屏上的一点，已知 P 点与 2 距离之差为 06 7、 m，分别用 A、B 两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问 P 点是亮条纹还是暗条纹。 图 2光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (1)已知 A 光在折射率为 介质中波长为 4107 m；(2)已知 B 光在某种介质中波长为 07 m，当 B 光从这种介质射向空气时，临界角为 37；(3)若让 A 光照射 光照射 分析光屏上能观察到的现象解析(1)设 A 光在空气中波长为 1，在介质中波长为 2，由 n ，得12110 7 m610 7 r0 6 m，可知 0 6 0 7 2到 P 点的路程差是波长 1的 ，所以 P 点为暗条纹(2)根据临界角与折射率的关系 得 n 1n 17 53由此可知 8、，B 光在空气中波长 3为：3 07 m0 7 r 和波长 3的关系为：N 2 40 6 0 7 B 光做光源，P 点为亮条纹(3)若让 A 光和 B 光分别照射 2，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光答案(1)暗条纹(2) 亮条纹(3) 见解析突破训练 1如图 3 所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝 S 时，在光屏 P 上观察到干涉条纹要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()图 3A增大 间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光D将绿光换为紫光答案 在双缝干涉实验中，相邻两条亮条纹(或暗条纹) 间的距离 x ，要想增大条d，或者增大双缝屏到光屏的距离 l，或者 9、换用波长更长的光做实验由此可知，选项 C 正确，选项 A、B、D 错误考点二薄膜干涉现象的理解1如图 4 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图 42光照射到薄膜上时，在膜的前表面 后表面 别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加3原理分析(1)单色光在 2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差 r 等于波长的整数倍r n(n1,2,3 )，薄膜上出现亮条纹在 Q 处，两列反射回来的光波的路程差 r 等于半波长的奇数倍 r(2n1)(n0,1,2,3)，薄膜上出现暗条纹2(2)白光：薄膜上出现水平彩色条纹4薄膜干涉的应用干涉法检查平面的平整程度如图 5 所示，两板之间形 10、成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲图 5光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图 6 所示这时可以看到明暗相间的条纹下面关于条纹的说法中正确的是()图 6A干涉条纹是光在空气尖劈膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果B干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧解析根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气 11、膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以 A 项对，B 项错因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故 D 项错误条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故 C 项正确答案用如图 7 所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象，图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些食盐)，图(b) 是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()图 7A当金属线圈旋转 30时，干涉条纹同方向旋转 30B当金属线圈旋转 45时，干涉条纹同方向 12、旋转 90C当金属线圈旋转 60时，干涉条纹同方向旋转 30D干涉条纹保持不变答案直肥皂膜是由于重力作用产生的上薄下厚的薄膜，所以金属线圈的转动，改光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ，由干涉原理可知，同一厚度处的干涉条纹在同一级次上，所形成的干涉条纹都是水平的，与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，形成的仍然是水平的干涉条纹，D 正确考点三光的衍射现象的理解1衍射与干涉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，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现 13、象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹特别提醒射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同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 3如图 8 所示的 4 种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光通过同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()1234图 8A红黄蓝紫 B红紫蓝黄C蓝紫红黄 D蓝黄红紫光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 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。