1、【 精品教育资源文库 】 第 56 课时 光的波动性 电磁波 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 r r2 r1 k (k 0,1,2， ?) ，光屏上出现 亮条纹 。 当光的路程差 r r2 r1 (2k 1) 2(k 0,1,2， ?) ，光屏上出现 暗条纹 。 (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。
2、 (4)条纹间距公式： x 10ld 。 二、薄膜干涉 1薄膜干涉现象 如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成 11上薄下厚 的楔形。 【 精品教育资源文库 】 2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 12明暗相间 的条纹，白光照射薄膜时形 成 13彩色条纹 。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
3、涉条纹发生弯曲。 三、光的衍射 1产生明显衍射的条件 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 14宽且亮 的单色条纹，两 侧是 15明暗相间 的条纹，条纹宽度渐窄且暗；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 单缝衍射 双缝干涉 【 精品教育资源文库 】 比较项目 不同点 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 亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同
4、 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 16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 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
5、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 5.8910 7 m，双缝间的距离 d 1 mm，双缝到屏的距离 l 2 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 ld ， 由题意知，其间的亮条纹的数目 n 10， 则第 1 条亮条纹到第 11 条亮条纹的中心间
6、距 L n x nld 代入数据得 L 1.17810 2 m。 【 精品教育资源文库 】 答案 (1)频率 C (2)1.17810 2 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 ld 进行计算时，要明确各个物理量的意义： x 表示的 是相邻的明条纹 (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 (或空气 )中的波长。 (2)根据形成明条纹的判断式 r k (k 0,1,2， ?) 或形成暗条纹的判断式 r (2k 1) 2(k 0,1,2， ?) ，判断出 k 的取值，从而判断出条纹数。 1 (多选 )在五彩缤纷的大自然中，我
7、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
8、 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 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A远离中心点处亮环的分布较疏 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
9、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：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
10、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 一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振
11、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【 精品教育资源文库 】 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 光是一种横
12、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 ld 测定单色光的波长的方法。 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 ld 可得入射光的波长为 d xl ，实验中 d 是已知的，测出 l、 x 即可测出光的波长 。 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
13、光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、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。 【 精品教育资源文库 】 (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 5 10 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， 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 ? ?a2 a1n 1 。 (3)将 l、 d、 x 代入 x ld ，求出红光的波长 。 (4)多次重复上述步骤，求出波长
